煤質(zhì)精準(zhǔn)分析方法研究及應(yīng)用

劉興(國(guó)能銷售集團(tuán)有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

當(dāng)前我國(guó)各個(gè)儀器儀表有限公司都在積極制造高質(zhì)量的煤質(zhì)分析儀器，為煤炭行業(yè)提供更加先進(jìn)的高性價(jià)比煤炭化驗(yàn)設(shè)備，使得我國(guó)煤炭分析技術(shù)取得進(jìn)步，煤炭行業(yè)更加正規(guī)化，為我國(guó)建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)和大力發(fā)展中西部地區(qū)提供了助力。近些年儀器儀表行業(yè)都在加大力度研究更先進(jìn)、測(cè)量更準(zhǔn)確的儀器，例如量熱儀、測(cè)硫儀、工業(yè)分析儀等，并積極更新煤炭檢測(cè)的方法，以期我國(guó)煤質(zhì)分析行業(yè)能夠得到更好的發(fā)展。

1 煤質(zhì)精準(zhǔn)分析的重要性以及目前面臨的問題

在我國(guó)目前的主要能源中，煤炭具有不可代替的地位，可以被認(rèn)為是火力發(fā)電廠的主要糧食。煤炭在發(fā)電成本中占約60%～70%的比例，煤炭質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響著發(fā)電的效率，因此對(duì)于火力發(fā)電廠來說，確保進(jìn)場(chǎng)的煤炭質(zhì)量合格非常重要，驗(yàn)收的準(zhǔn)確性和企業(yè)盈利經(jīng)營(yíng)之間具有非常大的關(guān)聯(lián)。通常來講，火力發(fā)電企業(yè)都把煤炭入場(chǎng)時(shí)候的煤炭驗(yàn)收數(shù)據(jù)作為和煤場(chǎng)結(jié)算的依據(jù)，如果檢測(cè)的準(zhǔn)確程度不高，不僅會(huì)讓機(jī)組燃燒安全受到影響，還會(huì)影響到雙方的商務(wù)結(jié)算，讓企業(yè)遭受損失。除了入場(chǎng)驗(yàn)收之外，入爐煤質(zhì)檢測(cè)也非常重要，這是檢查廠爐燃料指標(biāo)(例如熱值和水分)的平衡計(jì)算煤耗的重要依據(jù)。入爐煤質(zhì)檢測(cè)可以起到指導(dǎo)作用，可以確定配煤摻燒的比例[1]結(jié)合目前的情況來看，我國(guó)煤質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的條件差別較大，有些火力發(fā)電企業(yè)的入爐煤檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)硬件設(shè)施非常差，設(shè)備陳舊，這就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性不強(qiáng)，難以得到精準(zhǔn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。此外，由于檢測(cè)人員的專業(yè)能力、綜合素質(zhì)也具有較大的差別，有些檢測(cè)員檢測(cè)時(shí)不按照要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)和質(zhì)量控制，就使得煤質(zhì)檢測(cè)的結(jié)果參考性較差，檢測(cè)報(bào)告不可靠。煤炭驗(yàn)收具有過程不可逆的特性，過程中如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，很難重復(fù)進(jìn)行檢測(cè)。

2 煤炭精準(zhǔn)分析的主要應(yīng)用技術(shù)

2.1 檢測(cè)煤炭發(fā)熱量

衡量煤炭品質(zhì)高低的一個(gè)重要因素就是煤炭發(fā)熱量。檢測(cè)煤炭發(fā)熱量需要借助一些專業(yè)的檢測(cè)儀器設(shè)備，檢測(cè)單位為焦耳。在檢測(cè)煤炭發(fā)熱量的時(shí)候，需要保證以下幾點(diǎn)條件事先構(gòu)建完成：首先，檢測(cè)煤炭發(fā)熱量的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該是獨(dú)立的，不應(yīng)該和其他實(shí)驗(yàn)室在同一環(huán)境下；其次，應(yīng)該控制好檢測(cè)熱量實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度，當(dāng)溫度保持在15～30 ℃之間的時(shí)候是最佳檢測(cè)溫度，同時(shí)要保證實(shí)驗(yàn)室的溫度不要出現(xiàn)劇烈的變化，環(huán)境溫度的變化應(yīng)該控制在1 ℃之內(nèi)；再次，在進(jìn)行煤炭發(fā)熱量檢測(cè)的時(shí)候，應(yīng)該降低空間內(nèi)空氣對(duì)流，在保證安全的情況下將門窗關(guān)閉；然后，煤炭發(fā)熱量的檢測(cè)儀器不應(yīng)該直接暴露在陽(yáng)光之下，實(shí)驗(yàn)室的門窗布置不應(yīng)該向陽(yáng)，這樣能夠有效地提升檢測(cè)的精確程度；最后，在實(shí)驗(yàn)過程中，一定要保證煤炭燃燒時(shí)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(xiàng)，檢測(cè)過程中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度，按照標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法對(duì)煤炭進(jìn)行檢測(cè)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確的同時(shí)，保證檢測(cè)人員的安全。

2.2 檢測(cè)揮發(fā)分

檢測(cè)煤炭的過程中還需要重點(diǎn)檢測(cè)其揮發(fā)分。在檢測(cè)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(duì)煤炭進(jìn)行加熱，檢測(cè)煤炭在加熱過后產(chǎn)生的氣體和液體的總和。檢測(cè)煤炭揮發(fā)分的時(shí)候，通常選取1 g的樣本煤，把煤放進(jìn)坩堝之中，將坩堝放置在900 ℃的環(huán)境之下進(jìn)行加熱，7 min之后檢測(cè)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(duì)較高，說明煤炭的純度越高，質(zhì)量越好。在確定煤炭的揮發(fā)分之后，把煤炭進(jìn)行分類，對(duì)應(yīng)每種煤炭的具體使用范圍。

2.3 檢測(cè)煤炭的水分

煤炭中的水分有兩種，一種是煤炭?jī)?nèi)部的水分，一種是表層水分。通常，煤炭?jī)?nèi)部的水分也被稱為固有水分，這些水散布在煤炭的毛細(xì)孔之中。表層水分存在于煤炭的表層和細(xì)縫中。煤炭的含水量越高，煤炭的可燃性就會(huì)降低，燃燒所能釋放出的熱量也會(huì)降低。如果煤炭中的含水量超過11%的時(shí)候，煤炭的可燃性就會(huì)受到非常大的影響，使得煤炭發(fā)熱量降低，甚至還會(huì)讓發(fā)電設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)如果煤炭中水分過高，煤炭的重量就會(huì)提高，使運(yùn)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(cè)過程中一定要重視對(duì)煤炭水分的檢查。

2.4 檢測(cè)煤炭的灰分

對(duì)于煤炭來說，在185 ℃的環(huán)境之中，通過對(duì)煤炭進(jìn)行加熱但是沒有充分分解，在燃燒后留下的物質(zhì)就是灰分[3]。煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的灰分會(huì)吸收熱量，如果灰分含量過高，那么煤炭的發(fā)熱性能就會(huì)受到影響。且煤炭中灰分的成分高，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行時(shí)更容易出現(xiàn)故障，無法正常運(yùn)行。通常在灰分檢測(cè)的過程中，經(jīng)常會(huì)使用到灰皿和石棉網(wǎng)，在較高的溫度之下進(jìn)行煤炭檢測(cè)。在測(cè)量煤炭灰分的過程中，一定要使用正確的檢測(cè)方法，按照正確的步驟完成檢測(cè)過程，這樣才能提高灰分的檢測(cè)精度。

2.5 含硫量的檢測(cè)

在煤炭燃燒的過程中，會(huì)產(chǎn)生很多的二氧化硫以及硫化氫氣體，這些氣體會(huì)對(duì)自然環(huán)境帶來很大的危害，同時(shí)也會(huì)對(duì)鍋爐設(shè)備產(chǎn)生明顯破壞。當(dāng)煤炭中硫的含量較高時(shí)，就非常容易造成鍋爐腐蝕，并出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象，這會(huì)嚴(yán)重降低設(shè)備運(yùn)行的效率，并讓設(shè)備無法健康運(yùn)行。因此在進(jìn)行煤炭檢測(cè)時(shí)，要重點(diǎn)對(duì)煤炭?jī)?nèi)含硫量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的方法主要有高溫燃燒法以及艾氏重量法。

2.6 檢測(cè)煤炭中的碳?xì)湓?/h3>

檢測(cè)煤炭中碳?xì)湓睾克褂玫闹饕椒ㄊ侨?jié)爐檢測(cè)法。在檢測(cè)的過程中，第一節(jié)電爐主要用來燃燒樣品煤炭，第二節(jié)電爐用來將燃燒氧化過后沒有完全被氧化的物質(zhì)進(jìn)行燃燒；第三節(jié)電爐是將整個(gè)燃燒過程進(jìn)行補(bǔ)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(gè)檢測(cè)過程都應(yīng)該在密閉的環(huán)境下進(jìn)行。只有保證煤炭可以充分的燃燒，才能準(zhǔn)確的檢測(cè)出煤炭中的碳?xì)湓兀梢詫⒚禾恐泻械奶荚睾蜌湓赝耆D(zhuǎn)化為二氧化碳和水，并準(zhǔn)確測(cè)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?xì)錂z測(cè)儀器中的二氧化碳和水是純凈的化合物。在進(jìn)行煤炭碳?xì)錂z測(cè)，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(cè)過程中要保證三節(jié)爐中具有一定的空氣流動(dòng)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(cè)煤炭中的稀有元素

在煤炭形成礦產(chǎn)資源的過程中會(huì)吸收很多微量的元素，例如鍺、鎵等。以下簡(jiǎn)述鎵元素的檢測(cè)方式：首先把樣品煤炭進(jìn)行灰化，使用硫酸、鹽酸和氫氟酸進(jìn)行混合，構(gòu)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。再后滴加羅丹明B溶液，讓溶液和氯鎵酸產(chǎn)生反應(yīng)，形成絡(luò)合物。將絡(luò)合物提取，再使用苯—乙醚對(duì)其進(jìn)行萃取，使用分光光度計(jì)對(duì)絡(luò)合物進(jìn)行顏色分析，檢測(cè)出煤炭中的鎵元素含量。

3 檢測(cè)煤炭過程中常遇到的問題

3.1 檢測(cè)煤炭發(fā)熱量時(shí)樣品煤未能充分燃燒

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

3.2 器皿中難以點(diǎn)火的問題

這個(gè)問題也需要具體分情況進(jìn)行分析，主要原因可能包括樣品煤的含水量較高、揮發(fā)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(dǎo)致不易燃燒，還有可能是燃燒器皿發(fā)生短路，需要對(duì)器皿進(jìn)行維修或者更換器皿。

4 結(jié)語

綜上所述，煤炭檢測(cè)精確程度和煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，只有提升了檢測(cè)精度，對(duì)煤炭中水分、揮發(fā)分等指標(biāo)都進(jìn)行細(xì)致科學(xué)系統(tǒng)的檢測(cè)，才能確定煤炭的質(zhì)量，使得煤炭資源得到更好的利用。通過解決檢測(cè)過程中出現(xiàn)的問題，及時(shí)更換先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備等方式，可以有效提高煤炭檢測(cè)的精度，為科學(xué)利用煤炭資源提供了技術(shù)保障。