煤質精準分析方法研究及應用

劉興(國能銷售集團有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

當前我國各個儀器儀表有限公司都在積極制造高質量的煤質分析儀器，為煤炭行業提供更加先進的高性價比煤炭化驗設備，使得我國煤炭分析技術取得進步，煤炭行業更加正規化，為我國建設社會主義和諧社會和大力發展中西部地區提供了助力。近些年儀器儀表行業都在加大力度研究更先進、測量更準確的儀器，例如量熱儀、測硫儀、工業分析儀等，并積極更新煤炭檢測的方法，以期我國煤質分析行業能夠得到更好的發展。

1 煤質精準分析的重要性以及目前面臨的問題

在我國目前的主要能源中，煤炭具有不可代替的地位，可以被認為是火力發電廠的主要糧食。煤炭在發電成本中占約60%～70%的比例，煤炭質量的好壞嚴重影響著發電的效率，因此對于火力發電廠來說，確保進場的煤炭質量合格非常重要，驗收的準確性和企業盈利經營之間具有非常大的關聯。通常來講，火力發電企業都把煤炭入場時候的煤炭驗收數據作為和煤場結算的依據，如果檢測的準確程度不高，不僅會讓機組燃燒安全受到影響，還會影響到雙方的商務結算，讓企業遭受損失。除了入場驗收之外，入爐煤質檢測也非常重要，這是檢查廠爐燃料指標(例如熱值和水分)的平衡計算煤耗的重要依據。入爐煤質檢測可以起到指導作用，可以確定配煤摻燒的比例[1]結合目前的情況來看，我國煤質檢測實驗室的條件差別較大，有些火力發電企業的入爐煤檢測實驗室的基礎硬件設施非常差，設備陳舊，這就導致了實驗檢測結果的穩定性不強，難以得到精準的檢測數據。此外，由于檢測人員的專業能力、綜合素質也具有較大的差別，有些檢測員檢測時不按照要求標準進行檢測和質量控制，就使得煤質檢測的結果參考性較差，檢測報告不可靠。煤炭驗收具有過程不可逆的特性，過程中如果不能及時發現問題，很難重復進行檢測。

2 煤炭精準分析的主要應用技術

2.1 檢測煤炭發熱量

衡量煤炭品質高低的一個重要因素就是煤炭發熱量。檢測煤炭發熱量需要借助一些專業的檢測儀器設備，檢測單位為焦耳。在檢測煤炭發熱量的時候，需要保證以下幾點條件事先構建完成：首先，檢測煤炭發熱量的實驗室應該是獨立的，不應該和其他實驗室在同一環境下；其次，應該控制好檢測熱量實驗室的環境溫度，當溫度保持在15～30 ℃之間的時候是最佳檢測溫度，同時要保證實驗室的溫度不要出現劇烈的變化，環境溫度的變化應該控制在1 ℃之內；再次，在進行煤炭發熱量檢測的時候，應該降低空間內空氣對流，在保證安全的情況下將門窗關閉；然后，煤炭發熱量的檢測儀器不應該直接暴露在陽光之下，實驗室的門窗布置不應該向陽，這樣能夠有效地提升檢測的精確程度；最后，在實驗過程中，一定要保證煤炭燃燒時有充足的氧氣，這樣可以讓煤炭燃燒更加充分[2]。除了以上注意事項，檢測過程中要嚴格遵守實驗室的規章制度，按照標準的檢測方法對煤炭進行檢測，保證實驗數據更加準確的同時，保證檢測人員的安全。

2.2 檢測揮發分

檢測煤炭的過程中還需要重點檢測其揮發分。在檢測的過程中，要把煤炭和空氣隔絕，在一定的溫度濕度條件下，對煤炭進行加熱，檢測煤炭在加熱過后產生的氣體和液體的總和。檢測煤炭揮發分的時候，通常選取1 g的樣本煤，把煤放進坩堝之中，將坩堝放置在900 ℃的環境之下進行加熱，7 min之后檢測煤炭生成的氣體和液體的含量。如果氣體和液體的含量相對較高，說明煤炭的純度越高，質量越好。在確定煤炭的揮發分之后，把煤炭進行分類，對應每種煤炭的具體使用范圍。

2.3 檢測煤炭的水分

煤炭中的水分有兩種，一種是煤炭內部的水分，一種是表層水分。通常，煤炭內部的水分也被稱為固有水分，這些水散布在煤炭的毛細孔之中。表層水分存在于煤炭的表層和細縫中。煤炭的含水量越高，煤炭的可燃性就會降低，燃燒所能釋放出的熱量也會降低。如果煤炭中的含水量超過11%的時候，煤炭的可燃性就會受到非常大的影響，使得煤炭發熱量降低，甚至還會讓發電設備無法正常運轉。同時如果煤炭中水分過高，煤炭的重量就會提高，使運輸成本加大，加上含水量高影響煤炭的燃燒性能，因此在煤炭檢測過程中一定要重視對煤炭水分的檢查。

2.4 檢測煤炭的灰分

對于煤炭來說，在185 ℃的環境之中，通過對煤炭進行加熱但是沒有充分分解，在燃燒后留下的物質就是灰分[3]。煤炭燃燒過程中產生的灰分會吸收熱量，如果灰分含量過高，那么煤炭的發熱性能就會受到影響。且煤炭中灰分的成分高，會導致設備運行時更容易出現故障，無法正常運行。通常在灰分檢測的過程中，經常會使用到灰皿和石棉網，在較高的溫度之下進行煤炭檢測。在測量煤炭灰分的過程中，一定要使用正確的檢測方法，按照正確的步驟完成檢測過程，這樣才能提高灰分的檢測精度。

2.5 含硫量的檢測

在煤炭燃燒的過程中，會產生很多的二氧化硫以及硫化氫氣體，這些氣體會對自然環境帶來很大的危害，同時也會對鍋爐設備產生明顯破壞。當煤炭中硫的含量較高時，就非常容易造成鍋爐腐蝕，并出現結焦的現象，這會嚴重降低設備運行的效率，并讓設備無法健康運行。因此在進行煤炭檢測時，要重點對煤炭內含硫量進行檢測。檢測的方法主要有高溫燃燒法以及艾氏重量法。

2.6 檢測煤炭中的碳氫元素

檢測煤炭中碳氫元素含量所使用的主要方法是三節爐檢測法。在檢測的過程中，第一節電爐主要用來燃燒樣品煤炭，第二節電爐用來將燃燒氧化過后沒有完全被氧化的物質進行燃燒；第三節電爐是將整個燃燒過程進行補充，將未燃燒充分的部分全部燃燒。為了保證樣品能夠燃燒充分，整個檢測過程都應該在密閉的環境下進行。只有保證煤炭可以充分的燃燒，才能準確的檢測出煤炭中的碳氫元素，可以將煤炭中含有的碳元素和氫元素完全轉化為二氧化碳和水，并準確測定出煤炭中碳元素和氫元素的含量。在燃燒過程中，還需要注意將干擾元素清除，保證裝入碳氫檢測儀器中的二氧化碳和水是純凈的化合物。在進行煤炭碳氫檢測，候要選用合適的吸收劑，使生成的二氧化碳和水生能夠被定量吸收。除此以外，在檢測過程中要保證三節爐中具有一定的空氣流動速度，只有這樣才能確保煤炭樣品能夠充分的燃燒。

2.7 檢測煤炭中的稀有元素

在煤炭形成礦產資源的過程中會吸收很多微量的元素，例如鍺、鎵等。以下簡述鎵元素的檢測方式：首先把樣品煤炭進行灰化，使用硫酸、鹽酸和氫氟酸進行混合，構成6 mol/L的鹽酸溶液，也可以把燃燒后的煤灰用堿熔融，之后再用鹽酸將其酸化，加熱蒸干，勾兌出6 mol/L的鹽酸溶液。制得鹽酸溶液之后，在溶液中滴入三氯化鈦溶液，這樣做可以將煤炭中含有的非稀有金屬元素還原，排除這些元素對實驗結果的干擾。再后滴加羅丹明B溶液，讓溶液和氯鎵酸產生反應，形成絡合物。將絡合物提取，再使用苯—乙醚對其進行萃取，使用分光光度計對絡合物進行顏色分析，檢測出煤炭中的鎵元素含量。

3 檢測煤炭過程中常遇到的問題

3.1 檢測煤炭發熱量時樣品煤未能充分燃燒

這個問題應該根據實際情況進行分析，造成燃燒不充分的主要原因可能有以下三點：(1)樣品煤的原因，可能是由于煤的揮發分太低或者含水量較高，此時需要更換樣品重新檢測；(2)氧氣供應問題，可能是在檢測過程中氧氣供給不足，可以通過提高氧氣壓力，檢測設備密閉性等方式，重新進行檢測；(3)燃燒器皿的位置出現問題或者充氧速度太快，可以調整充氧速度和器皿的位置，重新進行檢測。

3.2 器皿中難以點火的問題

這個問題也需要具體分情況進行分析，主要原因可能包括樣品煤的含水量較高、揮發分過低、樣品煤的顆粒較粗等。此外，也可能是由于供氧壓力不足，氧氣泄露導致不易燃燒，還有可能是燃燒器皿發生短路，需要對器皿進行維修或者更換器皿。

4 結語

綜上所述，煤炭檢測精確程度和煤炭企業的經濟發展息息相關，只有提升了檢測精度，對煤炭中水分、揮發分等指標都進行細致科學系統的檢測，才能確定煤炭的質量，使得煤炭資源得到更好的利用。通過解決檢測過程中出現的問題，及時更換先進檢測設備等方式，可以有效提高煤炭檢測的精度，為科學利用煤炭資源提供了技術保障。