煤炭中揮發分的測定及注意事項

張輝

摘要：煤炭揮發分是煤炭煤化程度的一個重要參數，是煤炭的一個分類定性指標，同時也是一個重要的煤炭檢驗項目。由于煤的揮發分（Vad）測定是一項規范性很強的試驗，其測定結果受儀器、器皿及試樣質量、加熱溫度、速度和時間等各種因素的影響，揮發分測定的重現性較差，精密度和準確性均不好。通過多年來多批次的測定、分析、總結，得出一些體會和在實際操作過程中應該注意的有關事項，供大家探討。

關鍵詞：揮發分 測定

Abstract： Coal volatile matter is an important parameter of coal coalification， a qualitative index of coal classification， and an important coal inspection project. Because the determination of volatile matter （Vad） of coal is a very standardized experiment， the measurement result is completely determined by various factors such as the quality of instruments， utensils and samples， heating temperature， speed and time during the actual measurement. As a result， the reproducibility of volatile content determination ispoor， and the precision and accuracy are not good. Through the measurement， analysis and summary of many batches over the years， some experiences and relevant matters that should be paid attention to in the actual operation process are drawn for everyone to discuss.

Key words： volatile matter， determination

1 揮發分的測定

1.1 原理

煤的揮發分測定原理是指把煤在隔絕空氣的條件下，于一定的溫度下加熱一定時間，煤中分解出來的液體（蒸氣狀態）和氣體產物減去煤中所含的水分，即為揮發分，剩下的焦渣為不揮發物。

煤的揮發分反映了煤的變質程度，即煤的揮發分越多越好。測定煤炭揮發分需要用到煤炭化驗設備——高效節能智能灰揮測定儀。

1.2 揮發分的測定

1.2.1 方法提要

稱取一定量的一般分析試驗煤樣，放在帶蓋的瓷坩堝中，在（900±10）℃下，隔絕空氣加熱，以減少的質量占煤樣的質量分數，減去該煤樣的水分含量作為煤樣的揮發分。

1.2.2 儀器設備

（1）灰揮測定儀

主要技術參數：

控溫范圍：室溫～1000℃

控溫精度：±2.5℃

最高升溫速度：100℃/min

分辨率：1℃最大功率：3.5 kW

爐膛尺寸：298 mm×203 mm×121 mm

電源電壓：220 V（-15%～10%），50 Hz

性能特點：

1）具備獨立的慢灰、快灰1（經典快灰）、快灰2、揮發分及通用測試功能;通用測試可任意設定升溫速度、恒溫點及測試時間，用戶可有更多選擇。

2）采用性能卓越的加熱元件和保溫材料，恒溫性和均勻性均優于國家標準，可確保爐體在高溫狀態下長時間工作。

3）內置熱電偶，測溫精準，且升溫快，能耗低，運行安全穩定。

4）具有熱電偶斷偶、短偶、反偶、超溫報警切斷電源保護裝置，加熱電源斷路報警等功能，安全性能高。

5）人性化設計，操作便捷：液晶大屏幕顯示，全中文漢字提示，按提示操作即可完成試驗及參數設置，操作簡便;揮發分測試可按客戶需求設定為倒計時和正計時，方便用戶觀察時間;觀察窗、通氣孔等部位采取防燙手設計，避免實驗過程中操作人員被燙傷的風險。

（2）揮發分坩堝

帶有配合嚴密蓋的瓷坩堝，坩堝總質量為15 g～20 g。

（3）坩堝架

用鎳鉻絲或其他耐熱金屬絲制成。其規格尺寸應能使所有的坩堝都在灰揮測定儀恒溫區內。

1.2.3 試驗步驟

（1）在預先于900 ℃下灼燒至質量恒定的帶蓋瓷坩堝中，稱取粒度小于0.2 mm的一般分析試驗煤樣（1±0.01）g，稱準至0.0002 g，輕輕振動坩堝使煤樣攤平，蓋上蓋放在坩堝架上。

（2）將灰揮測試儀預先加熱至920 ℃左右，打開爐門，迅速將放有坩堝的坩堝架送入恒溫區，立即關上爐門并計時，準確加熱7min。坩堝及坩堝架放入后，要求爐溫在3 min內恢復至（900±10）℃，此后保持在（900±10）℃，否則此次試驗作廢，加熱時間包括溫度恢復時間在內。

（3）從爐中取出坩堝，放置在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱重。

1.2.4 結果計算

計算空氣干燥基揮發分公式見式（1）：

1.2.5 揮發分測定的精密度

揮發分測定的精密度如表1規定。

2 注意事項

煤的揮發分不是煤中固有的物質。而是在特定條件下沒有熱分解的產物，因此應稱為煤的揮發分產率。影響煤的揮發分測定的因素很多，主要有加熱溫度、加熱時間、溫升速度;試樣容器的材質、個數、總質量、嚴密性及容器支架的材質;試驗設備的型式、大小以及試樣水分測定的準確度和實驗操作是否規范等。結合多年的實際操作體會，下面對各影響因素進行了詳細的對比試驗和分析。

2.1 坩堝及坩堝架

（1）使用國家標準坩堝

國家標準要求揮發分使用的是帶有配合嚴密蓋的坩堝，坩堝總質量為15 g～20 g，但嚴格符合標準要求的揮發分坩堝數量很少，常見的有坩堝蓋尺寸不規范，坩堝蓋與坩堝存在一定縫隙、坩堝壁過厚等使得坩堝的質量略大于標準規定的15 g～20 g。吳富賢的《測定煤揮發分用坩堝的對比試驗》介紹了標準坩堝與非標準坩堝的對比試驗結果，根據對數據進行統計檢驗證明，非標準坩堝與標準坩堝測定值之間無明顯差異，其差值的置信范圍為-0.24%±0.22%，小于揮發分重復性精密度，非標準坩堝可以代替標準坩堝使用，根據經驗，坩堝蓋與坩堝口的配合嚴密程度則是不可忽視的因素，如果它們配合不嚴密，在煤樣加熱后期，由于氣體析出完畢，坩堝內壓力下降，空氣將滲入坩堝內，使煤的燃燒損失增加，造成結果明顯偏高。

（2）坩堝架質量

為保證試驗結果的準確性，材質選鎳鉻合金，在灼燒過程中不能掉皮，若掉皮粘在坩堝上會影響測試結果，會使揮發分測定值偏高;而且孔要符合要求，太大易晃動;太小灼燒后會和坩堝架粘在一起，影響試驗順利進行。

2.2 加熱的溫度和時間

（1）嚴格控制試驗溫度在（900±10）℃：試驗前首先可以用標準煤樣進行測試，看測試結果是否在標值的不確定度范圍內，在范圍內可正常試驗，如超出不確定度范圍，就應該及時檢查或更換熱電偶等，確保爐溫正常;其次試驗時放有煤樣的坩堝應放在馬弗爐的恒溫區，將坩堝蓋嚴，避免與外界空氣接觸，造成煤炭燃燒。

（2）儀器溫度到達920 ℃，放入待測定樣品，以爐溫3min之內必須恢復到（900±10）℃為原則，否則試驗作廢，所以這就要求取放坩堝速度既快又穩，放樣時一定要迅速，放入時，蓋子脫落或錯位，則試驗應重新進行。

（3）試驗時間嚴格控制在7 min，經過多次試驗發現，試驗過程中將坩堝放入恒溫區后關上灰揮測定儀爐門到按下計時鍵有2 s～3 s的時差，因此在7 min到達之前2 s～3 s打開爐門取出坩堝，一定要嚴格控制好時間，如果時間超了就會造成結果偏高的現象，如果時間不夠又會造成結果偏低的現象。現在實驗室使用的儀器大都是智能控溫灰揮測定儀，能夠有效并準確地控制試驗時間，只要把握好樣品的取放速度，就能取得準確的數據。我們選用兩個煤標樣在時間的控制上進行了試驗，所得結果詳見表2。

從試驗結果看：時間不夠，結果偏低;時間超了，結果偏高。

2.3 稱樣質量

標準中規定稱樣質量在（1±0.01）g范圍內，這可能影響稱量速度和工作效率，那么樣品稱量如果在（1±0.1）g范圍內會對試驗結果有影響嗎？我們選用兩個煤標樣，分別稱取（0.9±0.01）g、（1.0±0.01）g、（1.1±0.01）g三個質量，其余按標準方法規定進行揮發分測定試驗，所得結果詳見表3。

從試驗結果看，稱樣量在（1±0.1）g范圍，測定重復性未超差，準確度也符合要求。

2.4 防止煤樣的噴濺

當測定低變質程度的不粘煤、褐煤以及某些煙煤時，由于揮發分的快速逸出而將顆粒帶出，當水分和揮發分過高時，由于它們的突然釋出而把坩堝蓋吹開，既帶走碳粒，又會使煤樣氧化，這樣會使結果偏高。因此，在測定揮發分時，應避免試樣粒度過細和水分過高，將試樣壓成餅可有效地防止噴濺。

2.5放置時間

坩堝從馬弗爐取出后，在空氣中冷卻時間不能過長以防止焦渣吸水，導致測試結果偏低：國家標準中規定坩堝取出后在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量，經多人多次用標樣測試，冬天（約15min）即可冷卻至室溫。

總之，煤的揮發分測定是一項規范性很強的試驗，在測試過程中注意以上幾點就能獲得準確的結果。

3 結論

影響揮發分測定結果準確性的因素有很多，其主要影響因素有加熱溫度的高低、加熱速度的快慢，加熱時間的長短;另外試驗所用器材的選擇，如坩堝的材質、大小、薄厚、坩堝架的大小、坩堝與坩堝蓋的嚴密程度、分析煤樣的種類和性質，煤樣中所含內水和外水的高低在一定程度上都可以影響揮發分結果的測定。因此，要想得到準確的揮發分測定結果，必須嚴格把控好測定過程中的各個環節。

參考文獻

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