淺談如何準確獲取煤炭的全水分

劉開書

0 引言

煤炭是我國的基礎能源，占一次能源生產和消費的70%左右。煤炭用途廣泛，既可作為動力燃料，也可用于煤的液化、氣化、焦化等。既然煤炭這么重要，那么我們就應該正確、準確地獲取煤炭的各項質量指標。其中，水分是衡量煤炭質量好壞的一個重要指標，在煤炭利用和加工中起著重要的作用。煤炭的水分隨著煤的變質程度加深而呈現有規律性的變化：一般是從泥炭→褐煤→長焰煤→低級無煙煤，水分逐漸減少；而從低級無煙煤→年老無煙煤，水分又呈現增加狀態。具體見表1。

表1 煤中的水分與煤的變質關系

既然水分是煤炭的重要組成部分，那么我們如何準確測出它直接關系到煤質好壞的判斷。水分越高，它的發熱量就越低，反之亦然。另外，水分高也會給煤炭運輸和加工帶來一定困難。

筆者經過多年的實踐，得到準確獲取煤炭水分的一些方法和應注意的問題。

1 煤炭中水分的來源、存在形式及分類

1.1 水分的來源

①在煤炭形成過程中進入煤中的水；②煤層形成以后進入煤的裂隙中的水；③在開采、洗選、運輸中所接觸的水進入煤中。

1.2 水分的存在形式

煤中水分按結合狀態可分為游離水和結晶水兩大類。游離水在煤的表面吸附著及存在于內部毛細管中，它于常壓、在105℃～110℃下，經過一段時間干燥后能全部蒸發；而結晶水是以化合形態的方式存在于煤中，通常在200℃～500℃以上才能析出。

1.3 水分的分類

通常情況下我們所測定的水是煤的游離水，而游離水又可以分為外在水分和內在水分。理論上講，外在水分加內在水分就是煤的全水分，但在實際測定中全水分不能直接把外在水分和內在水分直接相加。所謂外在水分是存在于煤炭表面中的水；內在水分是存在于煤的毛細管中，就是通常我們所說的空氣干燥水分。

2 全水分的測定方法

日常的全水測定有以下3 種方法：通入氮氣干燥法、微波干燥法和空氣干燥法。在這里主要介紹一下適合于各種煤種，而且操作簡單、準確性高的空氣干燥測定法。

全水分的測定主要是保證原煤樣的水分既沒有損失，也沒有增加，即從制樣到化驗前的全部過程中水分沒有變化。要想達到國標要求，就必須從以下幾方面去做。

2.1 制樣方面的要求

國標規定：全水分煤樣粒度分為13 mm 和6 mm兩種。

①將采來的煤樣立即按照國標（GB474）要求用專用密封破碎機將不同粒度的煤樣破碎到粒度為13 mm 或6 mm 的煤樣。制樣中盡可能避免在破碎過程中水分的損失。

②將破碎到能夠測全水分規定粒度的煤樣按照國標（GB474）要求直接用二分器縮分到不小于3 kg（粒度為13 mm 全水分煤樣）或不小于1.25 kg（粒度為6 mm 全水分煤樣），然后裝在不吸水、不透氣的密封容器中并立即蓋好磨口蓋（裝樣的量不能超過煤樣瓶容積的3/4 以便均勻混合），稱出質量，貼上標簽送交化驗室立即化驗。如果不能立即化驗，則應準確稱出重量，以便進行水分損失（或吸收）校正，并放在陰涼地方。

③用九點法取全水分煤樣：按照國標（GB474）要求，將取來的煤經過密封破碎機破碎到全水分煤樣規定的粒度，并縮分出足夠數量的煤樣（注意：此足夠數量的煤樣是從制取其他粒度煤樣的棄樣中制取的）用堆錐法摻和一次（不能摻和多次，特別是在溫度高的季節，摻和多次會使水分損失，失去準確性）將煤樣攤成圓餅狀，厚度不能大于煤樣粒度的3 倍。然后將圓餅用十字架（相當于兩條正交線，兩條正交線夾角為45°）將圓餅8 等份，在圓餅的第一條正交線上1/2 半徑處取4 個點，在第二條正交線上7/8 半徑處取4 個點，圓餅中心為一個點，一共9 點。立即在這9 點上取出不小于3 kg（13 mm）或不小于1.25 kg（6 mm）全水分煤樣裝入密封容器中并蓋好磨口蓋，稱出重量，貼好標簽送交化驗室。應該注意，用九點法取全水分煤樣每點的位置要正確，否則全水分可能出現誤差；另外，每一點取的量大體一樣，并盡可能一次取完，最好拿專用取全水分的煤樣鏟和擋樣板，在每點插入樣鏟時再將擋樣板插入然后同時取出，以保證采入的煤樣不流出。

2.2 制取全水分煤樣時應注意的問題

①制取全水分煤樣時，操作要快、要迅速。

②煤樣必須有代表性。制取全水分煤樣時，在破碎到規定粒度的煤樣中隨便取幾個點的煤樣裝入密封容器中，或者按照國標取出規定數量的煤樣后忘記蓋蓋，這樣均失去了原來煤樣的代表性。

2.3 全水分的測定

以粒度為6 mm 的全水分煤樣為例說明用空氣干燥法測定煤炭全水分煤樣的操作過程以及注意事項。

①化驗員在測定全水分之前，首先要核對裝煤樣容器的標簽所注的煤樣總質量，且檢查裝煤樣的容器密封情況是否完好，然后將其表面擦干凈；將容器里的煤樣充分混合1 min 以上以達到煤樣的均勻性要求，這樣測出的化驗結果才能有代表性。

②將帶有自動溫控裝置和鼓風機的干燥箱加熱到恒溫105℃～110℃的范圍（注意：鼓風機的作用是使干燥箱內的空氣能流動，箱內溫度能均勻，并且能縮短水分的蒸發時間），檢查工業天平是否準確，稱量容器是否達到要求。因為長時間在高溫下使用的稱量容器會變形、開裂，導致傳熱不均勻，造成化驗結果有誤差。

③用工業天平（感量為0.1 g）迅速稱取預先干燥過的煤樣10 g～12 g（準確到0.01 g）平攤在稱量瓶中，打開磨口蓋放入干燥箱。煙煤干燥2 h、無煙煤干燥3 h 后從干燥箱取出稱量瓶立即蓋上磨口蓋放在空氣中大約5 min，然后放入干燥器中冷卻到室溫（大約20 min 左右）進行稱量（稱準到0.01 g）。最后進行檢查性干燥。水分在2%以下不必進行檢查性干燥。檢查性干燥每次30 min，連續兩次干燥煤的質量減少不超過0.01 g 或者質量有所增加，檢查性干燥結束。后面的一種情況應該采用質量增加之前一次的質量作為全水分的計算依據。

3 全水分的計算方法

用干燥前稱取的煤樣質量m 減去干燥后稱取的煤樣質量得到干燥后煤樣減少的質量m1，除以干燥前稱取的煤樣的質量，再乘以100，

即

式中：Mt——煤樣的全水分；

m ——干燥前稱取的煤樣的質量，g；

m1——干燥后煤樣質量的減少量，g。

全水分的測定結果取其重復測定值的算術平均值，修正到小數點后一位。兩次重復測定的結果不得超出表2 規定的值。

表2 煤中全水分測定結果的精密度

4 結語

綜上所述，煤炭全水分是煤炭的一個重要指標，想要準確測出全水分，既要考慮煤樣的制備，也要考慮測定的過程是否符合標準，這樣才能獲得準確的化驗結果，真正反映出煤質的實際情況。