煤質(zhì)分析在煤化工中的應(yīng)用

王 芳

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉陽煤炭事業(yè)部，山西 太原 030000)

引 言

煤質(zhì)分析是指利用各種物理或者化學(xué)的方法對(duì)煤炭的成分進(jìn)行分析，根據(jù)煤質(zhì)分析的結(jié)果將煤炭進(jìn)行分類處理，以獲取最佳的處理方案，保證煤化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性。目前煤化工企業(yè)中常用的煤質(zhì)分析方法是根據(jù)煤礦提供的開采續(xù)接表，通過分析不同時(shí)間段不同煤層的開采量和混合比例，結(jié)合提前確定的不同煤層煤炭的煤質(zhì)特性來判斷煤化工處理前的混合煤炭的煤質(zhì)數(shù)據(jù)。該方案嚴(yán)重依賴于煤礦所提供的開采續(xù)接表，但由于近年來煤炭開采效率的不斷提高，開采續(xù)接表更新頻繁、準(zhǔn)確性較低，無法滿足煤質(zhì)精確分析的需求。同時(shí)由于煤炭續(xù)接表是將所有煤層開采情況單獨(dú)列出，因此在進(jìn)行混合煤炭的煤質(zhì)分析時(shí)，需要對(duì)各個(gè)煤炭的煤質(zhì)數(shù)據(jù)、混合比例等進(jìn)行專門的統(tǒng)計(jì)，工作量大、數(shù)據(jù)分析極易出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此給煤化工企業(yè)的煤質(zhì)分析帶來了極大的困擾。

結(jié)合煤化工企業(yè)煤質(zhì)分選需求和煤礦井下綜采作業(yè)的實(shí)際情況，本文提出了一種新的煤質(zhì)分析方法，采用了“相似合并”的原理，以對(duì)煤質(zhì)影響最大的因素為基礎(chǔ)，對(duì)相似煤層的煤炭進(jìn)行合并分析，不僅降低了煤質(zhì)分析時(shí)的數(shù)據(jù)量，而且提升了煤質(zhì)分析的效率和準(zhǔn)確性，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明新的煤質(zhì)分析方案能夠?qū)⒎治鲋芷诳s短60%以上，對(duì)提升煤化工企業(yè)的煤炭分析效率和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

1 煤質(zhì)影響因素分析

在煤化工中，煤質(zhì)分析主要是對(duì)煤炭中的水分、元素、揮發(fā)分和灰分進(jìn)行分析[1]。煤炭中水分的存在主要會(huì)因到煤炭的燃燒性，水分過高的煤炭不適宜煉焦，水分不足時(shí)則會(huì)導(dǎo)致煤炭在運(yùn)輸和分選時(shí)粉塵過大，影響操作環(huán)境，損耗大，煉焦時(shí)易產(chǎn)生粉塵爆炸，危險(xiǎn)性高。

煤炭中的元素主要是指硫元素和氮元素，二者是產(chǎn)生大氣污染的最關(guān)鍵污染物，煤化工生產(chǎn)中一般需要提前測定煤炭中的元素含量，針對(duì)性的采取脫氮、脫硫處理，避免產(chǎn)生過大的環(huán)境污染。

煤炭的揮發(fā)分主要指煤炭在一定環(huán)境下自由分解的能力，揮發(fā)分強(qiáng)的煤炭可以充分利用其揮發(fā)特質(zhì)，提升其在煉焦、轉(zhuǎn)化過程中的效率和經(jīng)濟(jì)性。若煤炭的揮發(fā)分不足者導(dǎo)致煤炭在轉(zhuǎn)化過程中的黏接性差，耐磨性不足。若煤炭的揮發(fā)性過大則會(huì)導(dǎo)致碳?xì)浠衔飺]發(fā)過大，使煤化工產(chǎn)物內(nèi)的有機(jī)物下降，不利于焦炭質(zhì)量的提升，因此在煤化工中需要合理的控制煤炭的揮發(fā)分。

煤炭的灰分主要是指煤炭內(nèi)的一種大顆粒雜質(zhì)，其硬度比煤炭大，在煉制時(shí)難揮發(fā)，會(huì)直接影響煤炭的分選率和煉制質(zhì)量，因此對(duì)于灰分大的煤炭在進(jìn)行煤化工處理前需要進(jìn)行去灰分處理。

2 煤質(zhì)分析影響因素

對(duì)原煤煤質(zhì)分析的準(zhǔn)確性是煤化工進(jìn)行煤質(zhì)混合生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此如何確保在分析過程中的檢測因素的準(zhǔn)確性，是煤質(zhì)分析的關(guān)鍵[2]。

在對(duì)煤質(zhì)內(nèi)的水分檢測時(shí)，極易受到外界環(huán)境的影響，因此要求對(duì)水分的測定要在恒溫恒濕的環(huán)境中，而且制備樣品需要在3 min內(nèi)完成，完成制備后立即進(jìn)行水分測定，避免長時(shí)間放置導(dǎo)致的測試結(jié)果失真。

對(duì)原煤內(nèi)各種元素的測定主要是利用化學(xué)反應(yīng)置換獲取的，以硫元素的測定為例，可以采用庫倫滴定測試法，來分析和確定煤炭中硫元素的含量。但在進(jìn)行測定時(shí)要特別注意，測試過程中空氣流量對(duì)測試結(jié)果影響很大，若空氣流量過大會(huì)導(dǎo)致未被充分滴定的SO2和空氣混合析出電解質(zhì)，若空氣流量不足會(huì)導(dǎo)致煤炭無法進(jìn)行充分的燃燒，無法將硫元素進(jìn)行充分的滴定，測試結(jié)果比實(shí)際值偏低。根據(jù)實(shí)際分析，在測定時(shí)保持空氣流量為900 ml/min，攪拌速度為400 r/min的情況下能夠達(dá)到最佳的測試效果。

對(duì)煤炭內(nèi)揮發(fā)分的測試，則是將測試樣本放置到密閉容器中，對(duì)其進(jìn)行加熱，30 min后對(duì)密閉容器內(nèi)的空氣含量進(jìn)行測定，最終獲得煤炭灰發(fā)分的測試結(jié)果，在測試時(shí)應(yīng)特別注意加熱溫度要恒定，密閉容器中的空氣含量盡力單一，避免揮發(fā)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)煤炭內(nèi)灰分的測定，重點(diǎn)是確保測試設(shè)備的精確性，因此所使用的各類測試設(shè)備需要定期送檢，在測試前對(duì)馬弗爐進(jìn)行全面排查機(jī)清理，在測試過程中需要保證將三氧化硫的反應(yīng)降到最小，確保所測試煤樣中硫酸鹽的全面分解，保證檢測效果的精確性。

3 新煤質(zhì)分析方案

煤化工中的煤炭一般分為動(dòng)力煤和煉焦煤兩個(gè)部分，不同的煤炭的經(jīng)濟(jì)效益存在著較大的差異性，為了適應(yīng)市場快速變化的需求，需要提前對(duì)煤炭進(jìn)行煤質(zhì)分析，確定合理的煤炭混合方案，保證動(dòng)力煤和煉焦煤之間的快速切換，達(dá)到經(jīng)濟(jì)利益最大化。

根據(jù)煤炭中水分、元素、揮發(fā)分和灰分的不同，可以將水分、灰分相近的合并為一類煤，稱為“上煤”，將元素和揮發(fā)分相近的煤炭合并為一類煤，稱為“下煤”[3]。通過簡化后就能夠?qū)⒃鹊乃念惻涿悍桨附档蜑閮深惻涿悍桨福煌拿禾炕旌媳壤龝?huì)產(chǎn)生偏向于動(dòng)力煤或者煉焦煤的組合，通過提前研究不同配比情況下的煤質(zhì)特性就能夠快速確定不同比例下的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，便于企業(yè)根據(jù)市場情況快速的調(diào)整生產(chǎn)方案，滿足保質(zhì)保量的供貨需求，對(duì)煤化工企業(yè)起到更明顯的生產(chǎn)指導(dǎo)意義，新的煤質(zhì)分析方案應(yīng)用后，對(duì)混合煤炭分析的時(shí)間從優(yōu)化前的320 min降低到目前的128 min，測試時(shí)間降低60%，顯著的提升了煤化工企業(yè)的煤質(zhì)分析效率。動(dòng)力煤和煉焦煤的配比及利潤變化曲線，如圖1所示。

4 提升煤質(zhì)分析準(zhǔn)確性因素分析

煤質(zhì)分析方法確定后，對(duì)煤質(zhì)分析準(zhǔn)確性的提升需要重點(diǎn)從煤質(zhì)的取樣和分析過程中的誤差控制兩個(gè)方面出發(fā)[4]。煤質(zhì)采樣過程中需要制備多件樣件，測試時(shí)對(duì)樣件進(jìn)行多次測定取平均值，減少測試過程中不同操作方式和煤質(zhì)樣本不足導(dǎo)致的測試結(jié)果偏差。

在測試過程中操作人員的操作手法、測試設(shè)備的準(zhǔn)確度，是對(duì)測試誤差影響最大的兩個(gè)因素，因此一方面需要操作人員進(jìn)行充分的培訓(xùn)后進(jìn)行持證上崗，另一方面要求各類測試設(shè)備定期校驗(yàn)，保證測試精度，在測試的過程中可以加入修正系數(shù)，減少設(shè)備精度不足而導(dǎo)致的測試結(jié)果偏差過大。

5 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)煤質(zhì)分析方法工作量大、煤質(zhì)分析周期長、準(zhǔn)確性不足的現(xiàn)狀，提出了一種新的煤質(zhì)分析方法，采用了“相似合并”的原理，以對(duì)煤質(zhì)影響最大的因素為基礎(chǔ)，對(duì)相似煤層的煤炭進(jìn)行合并分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1) 煤質(zhì)分析主要是對(duì)煤炭中的水分、元素、揮發(fā)分和灰分進(jìn)行分析；

2) 在對(duì)煤質(zhì)內(nèi)的水分檢測時(shí)，要求制備樣品需要在3 min內(nèi)完成并檢測；對(duì)原煤內(nèi)硫元素測定時(shí)主要利用倫滴定測試法，測定時(shí)保持空氣流量為900 ml/min，攪拌速度為400 r/min的情況下能夠達(dá)到最佳的測試效果。

3) 對(duì)煤炭內(nèi)揮發(fā)分的測試，密閉容器中的空氣含量盡力單一，避免揮發(fā)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)煤炭內(nèi)灰分的測定，重點(diǎn)是確保測試設(shè)備的精確性，避免因誤差過大影響測試精度。

4) 根據(jù)煤炭中水分、元素、揮發(fā)分和灰分的不同，可以將水分、灰分相近的合并為一類煤，通過簡化后就能夠?qū)⒃鹊乃念惻涿悍桨附档蜑閮深惻涿悍桨福軌驅(qū)y試時(shí)間縮短60%，顯著的提升了煤化工企業(yè)的煤質(zhì)分析效率。

5) 對(duì)煤質(zhì)分析準(zhǔn)確性的提升需要重點(diǎn)從煤質(zhì)的取樣和分析過程中的誤差控制兩個(gè)方面出發(fā)。