不同基準下煤的揮發分產率的差異分析

王會英

（晉能集團有限公司，山西 太原 030031）

煤的揮發分產率作為煤的工業分析的一項重要指標，在煤炭加工利用方面有很大的參考作用[1]。但在實際工作中，由于某些化驗員的專業知識有所欠缺或對某些概念不甚清楚，常常在填寫數據報告時混淆不清，出現很多差錯，給煤質化驗指標的實際應用帶來很大的問題，甚至會產生經濟糾紛。本文通過測定計算晉能集團有限公司的11 個煤種在不同基準下的揮發分產率，并進一步計算相對標準偏差，分析不同基準下煤的揮發分產率的差異，以期引起化驗人員的高度重視，促進煤的工業分析工作順利、準確開展。

1 揮發分產率的概念及其測定的影響因素、意義

煤樣在規定的條件下，隔絕空氣加熱，并進行水分校正后的揮發物質產率稱為揮發分產率，簡記符號為V。

據文獻[2]報道，影響煤揮發分產率測定的因素有：①測定溫度。溫度須控制在（900±10）℃，裝有煤樣的坩堝放入馬弗爐后，爐溫應在3 min 內恢復到（900±10）℃。②加熱時間。總加熱時間包括溫度恢復時間須嚴格控制為7 min。③坩堝。要使用符合GB/T 211-2007 規定的坩堝，坩堝質量為15～20 g，坩堝蓋子必須配合嚴密； 要用耐熱金屬做的坩堝架，受熱不能掉皮。

測定揮發分產率的作用[3]有：

1）表征煤的煤化程度。煤的揮發分產率隨煤的煤化程度的加深而逐漸降低，根據煤的揮發分產率可初步判斷煤的煤化程度，估計煤的種類。

2）確定煤的加工利用途徑。煤化程度低、高揮發分產率的煤，適于作低溫干餾原料，也可作為氣化原料；揮發分產率適中、固定碳含量高的煤，粘結性較好，適于煉焦和作燃料。

3）估算煤的發熱量。因揮發分和固定碳是煤中的可燃成分，煤的發熱量就是靠這兩者充分燃燒得到的，因而可根據揮發分產率利用經驗公式來計算各種煤的發熱量。

2 基準換算[4]

所謂“基準”，簡稱“基”，是指分析結果以什么狀態下的煤樣為基礎而得出的。基準若不一致，同一分析項目的計算結果會有很大差異。

為了統一標準和使用方便，煤的工業分析、元素分析及其他煤質分析中，其分析結果都用簡單的符號表示各個分析項目。在表示實驗室分析結果時，一般采用空氣干燥煤樣，因而所得的直接結果為空氣干燥基數據。但為了其他用途，這些分析數據往往需換算為其他的基準來表示，常用的基準有空氣干燥基（ad）、干燥基（d）、收到基（ar）、干燥無灰基（daf）和干燥無礦物質基（dmmf）。

實際工作中，灰分產率為干燥基灰分產率，硫分為干燥基全硫，揮發分產率為干燥無灰基揮發分產率。因而一方面需把實驗室的分析結果由空氣干燥基換算為其他的基準，另一方面，分析項目的基準不同，分析結果也不同，從而使同類分析項目沒有可比性。

3 數據分析與討論

在實際工作中，有些基層化驗人員和煤質管理人員對基的表示和換算了解得并不是很清楚，往往化驗數據是什么就在檢驗報告上填寫什么，很少關注基準的問題。這會給有關工作造成很大的影響。以下對晉能集團有限公司的煤樣在不同基準下的換算結果進行分析討論。

晉能集團有限公司所屬煤礦涵蓋了從長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤到無煙煤共11 個煤種，煤種齊全，品種繁多，在數據報送中出現的問題也多。下面先以弱粘煤的基準表示為例進行說明，表1 為其2 個樣品的工業分析和全硫測定結果，化驗方法分別按GB/T 212-2008 和GB/T 214-2007 規定進行，并參考文獻[5]以保證化驗準確性。

表1 弱粘煤的工業分析和全硫測定結果

化驗室直接測定出的數據是空氣干燥基結果，而實際工作中灰分產率和硫分對應的是干燥基，揮發分產率對應的是干燥無灰基，這就需要進行基準的換算[6]。表1 中1#樣灰分產率換算Ad=Aad×，結果為Ad=25.78%； 揮發分產率換算，結果為Vdaf=29.33%；硫分換算，結果為St,d=2.09%。從換算結果可以看出，空氣干燥基換算為干燥基時，結果差距不是很大。主要是由于空氣干燥狀態下的煤中水分很少，所以對結果的影響并不大，這樣對兩個基準下的灰分產率、硫分的結果影響較小（Aad=25.32%，Ad=25.78%，僅相差0.46 個百分點；St,ad=2.05%，St,d=2.09%，僅相差0.04 個百分點）。然而，對干燥無灰基揮發分產率的影響較大（Vad=21.38%，Vdaf=29.33%，相差7.95 個百分點，相對標準偏差為27.10%）；尤其是在煤質較差的情況下，空氣干燥基狀態下的灰分產率越大，測定結果和換算結果的差距就越大。比如表1 中的2#樣檢驗結果，測定數據為Mad=1.84%，Aad=44.10%，Vad=22.00%，基準換算后Vdaf=40.70%，這樣空氣干燥基和干燥無灰基狀態下的揮發分產率相差18.70 個百分點，相對標準偏差高達45.94%。

由于揮發分產率在兩個不同基準下的結果差距大，以下僅選擇分析不同煤種在空氣干燥基和干燥無灰基狀態下的揮發分產率差異。晉能集團有限公司的11 個煤種不同樣品的化驗結果和差異計算結果見表2。

表2 11 個煤種不同樣品的揮發分產率化驗結果、計算結果和偏差結果

煤種一般分析試驗煤樣水分Mad/%檢驗項目干燥無灰基揮發分產率Vdaf/%空氣干燥基灰分產率Aad/%空氣干燥基揮發分產率Vad/%標準偏差(Vdaf-Vad)/%相對標準偏差[(Vdaf-Vad)/Vdaf]/%1/2 中粘煤5.5613.4230.3137.417.1018.98 4.4318.1628.5036.828.3222.60 1.5929.1728.1140.6012.4930.76氣煤2.458.0433.5537.483.9310.49 2.8522.1428.8638.479.6124.98 3.1745.0920.8040.2019.4048.26肥煤0.539.8432.3736.113.7410.36 0.5827.4020.3228.217.8927.97 0.5743.0321.5238.1616.6443.61焦煤0.445.7714.5415.500.966.19 0.3923.0319.6525.666.0123.42 0.5240.6712.8021.778.9741.20瘦煤0.629.6013.2414.751.5110.24 0.9318.9212.9616.173.2119.85 1.8430.4916.3124.107.7932.32 0.749.4412.3613.761.4010.17 0.6523.8512.2616.243.9824.51 0.4435.4213.0820.397.3135.85 0.2815.8811.5613.792.2316.17貧煤0.4920.429.9712.612.6420.94 0.2452.8011.6424.7913.1553.05 0.2111.917.929.011.0912.10無煙煤0.5321.4110.8713.933.0621.97 0.3240.019.6516.176.5240.32貧瘦煤

煤的空氣干燥基水分（即內在水分）隨煤的煤化程度加深而呈規律性變化，從煙煤到年輕無煙煤，內在水分逐漸減小[4]。表2 中從肥煤到貧煤、無煙煤基本上Mad＜1%；不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤基本上Mad＜3%；長焰煤、氣煤稍高點，基本上Mad＜5%。所以相對來說，空氣干燥基水分對干燥無灰基揮發分產率與空氣干燥基揮發分產率之間的相對標準偏差影響較小，而空氣干燥基灰分產率的影響就比較大。

當前可供開采的煤炭資源存在埋藏深、機械化開采程度高的特點，導致原煤中矸石含量高，原煤的灰分產率大。分析晉能集團有限公司目前72 座生產礦井煤的質量指標，原煤灰分產率均在20%以上，高的可達40%以上。這樣往往導致干燥無灰基揮發分產率與空氣干燥基揮發分產率之間的相對標準偏差都很大。所以，相對來說，更應重視空氣干燥基灰分產率對不同基準表示的揮發分產率的影響，如表2 中空氣干燥基灰分產率引起的干燥無灰基揮發分產率與空氣干燥基揮發分產率之間的相對標準偏差甚至可高達50%以上。對表2 中的空氣干燥基灰分產率和相對標準偏差進行線性擬合，結果見圖1。

圖1 空氣干燥基灰分產率與相對標準偏差的關系

4 結語

干燥無灰基揮發分與空氣干燥基揮發分之間的相對標準偏差受空氣干燥基水分和空氣干燥基灰分共同影響，因而干燥無灰基揮發分與空氣干燥基揮發分之間的差異往往很大。尤其是當煤中空氣干燥基水分或空氣干燥基灰分較高時，其中又以空氣干燥基灰分的影響更應高度關注，其引起的相對標準偏差甚至可高達50%以上。因此，化驗員在數據報出時，必須標明各檢驗項目的基準，否則同一檢驗項目經常會差距巨大，沒有可比性。

1）煤的干燥無灰基揮發分產率與空氣干燥基揮發分產率之間的相對標準偏差受空氣干燥基水分和空氣干燥基灰分產率共同影響，因而煤的干燥無灰基揮發分產率與空氣干燥基揮發分產率之間的差異往往很大。

2）煤中空氣干燥基水分與空氣干燥基灰分產率相比，更應關注空氣干燥基灰分產率對相對偏差的影響。

3）無論是煤化程度低的煙煤還是煤化程度高的貧煤、無煙煤，空氣干燥基灰分產率越大，干燥無灰基揮發分產率與空氣干燥基揮發分產率之間的相對標準偏差也越大。遇上原煤空氣干燥基灰分產率大于40%時，揮發分產率的相對標準偏差甚至可高達50%以上。

4）化驗員在填寫數據報告時，必須標明各檢驗項目的基準，否則同一檢驗項目會差距巨大，并且相互間沒有可比性。