淺談影響煤的揮發分準確測定的幾個因素

郭春艷 楊學峰

國家能源集團神東煤炭集團檢測公司 內蒙古 鄂爾多斯 017209

一、概述

煤的揮發分產率與煤的變質程度有比較密切的關系,是一項重要的煤質指標。在我國煤炭分類方案中以揮發分作為第一分類指標。還是煤加工利用的重要指標,根據揮發分產率和測定揮發分后的焦渣特征可初步確定煤的加工利用途徑。例如,在電力系統中,揮發分是電站鍋爐設計需首先考慮的指標,是火力發電廠入廠煤計價的一個重要參數。入爐煤混配的主要依據、揮發分的高低直接影響電廠制粉系統安全運行及鍋爐穩定燃燒。因此,揮發分的準確測定是非常重要的。然而,揮發分是煤的工業分析中最難測準的一個項目,影響揮發分測定的因素很多,主要有加熱溫度、加熱時間和加熱速度,設備的定期檢定校準及期間核查；坩堝材質、大小、厚薄、嚴密性與坩堝架材質、坩堝架大小；試樣的質量和粒度以及水分測定的準確度和實驗操作是否規范等。

二、影響因素

(一)加熱溫度、加熱時間和加熱速度。煤的揮發分測定是一項規范性很強的實驗,其測定結果完全取決于所規定的試驗的條件。GB/T 212—2008中揮發分的測定5.3.2規定：將馬弗爐預先加熱至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3MIN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。可以認為,揮發分是煤在無氧情況下,加熱時的熱分解產物,加熱溫度、加熱時間和加熱速度決定了煤中有機物和無機礦物質的分解程度。在(900±10)℃加熱7MIN煤中有機物和無機礦物質的熱解反應趨于完全,因而測定結果較穩定；低于規定溫度,在規定時間內7MIN可能分解不完全；在規定溫度(900±10)℃下如果加熱時間少,分解也可能不完全；加熱時間長,會在揮發分析出后,因坩堝內壓力下降,空氣滲入引起煤樣氧化。因此,加熱溫度、加熱速度和加熱時間都是影響揮發分準確測定的重要因素。嚴格執行國標規定的要求,是保證揮發分產率準確的有力保障。

(二)設備的定期檢定校準及期間核查。馬弗爐的熱電偶在使用過程中,由于受到環境條件、周圍介質和熱的作用以及保護管和絕緣管材料的污染等,從而使熱電極出現氧化、腐蝕、晶體結構變化等現象。這些都會使熱電偶的熱電特性發生變化,為了獲得可靠的揮發分結果,必須定期檢定校準設備,否則會引起測量誤差。首先應每年至少對熱電偶及毫伏計進行一次校準,校準和使用熱電偶時,其冷端應放入冰水或將零點調到室溫,或采用冷端補償器；其次還應對馬弗爐的恒溫區每年至少測定一次,測定時必須在關閉爐門的狀態下進行,并保證坩堝架能夠全部放置于恒溫區范圍內。

除進行定期檢定或校準,以保證其量值的溯源性,并加以必要的維護和保養,以保證設備的有效性和可靠性。因此,大多數檢測室認為,只要對儀器進行了定期檢定或校準,儀器就是可靠的,出具的數據就是有效的,使儀器的期間核查成為檢測室最易忽視也最不重視的環節。實際上,使用頻率高、易損壞、性能不穩定的儀器在使用一段時間后,由于操作方法,環境條件,以及震動、樣品污染等因素的影響,并不能保證檢定或校準狀態的持續可信度。因此,檢測室應對這些儀器進行期間核查。針對不同儀器的特性,可使用不同的核查方法,如儀器間比對和標準物質驗證等。只要檢查方法有效,周期穩定,就一定能及時預防和發現不合格的儀器并避免誤用,保證檢測結果持續的準確性、有效性,為顧客和社會提供可信的數據和滿意的服務。

(三)坩堝和坩堝架。GB/T 212—2008中揮發分的測定5.2.1對坩堝的形狀、尺寸(見圖3)和質量都作了規定,坩堝總質量為(15～20)G。但由于國內坩堝生產廠家眾多,所產坩堝并不完全符合標準要求,坩堝厚薄不一致,坩堝蓋和坩堝配合不嚴密,坩堝質量超過(15～20)g,尤其以坩堝與坩堝蓋配合不嚴密影響最大,特別是對低揮發分煤。煤樣加熱后期,由于氣體析出完畢,坩堝內壓力下降,空氣滲入,使煤樣部分氧化,造成結果偏高。新坩堝應灼燒至質量恒定后方可使用,灼燒過的坩堝如果不立即使用應放在干燥器中備用,否則會吸收空氣中水分,其影響程度與空氣濕度有關。

GB/T 212—2008中揮發分的測定5.2.3對坩堝架的要求：用鎳鉻絲或其他耐熱金屬絲制成。其規格尺寸以能使所有的坩堝都能在馬弗爐的的恒溫區內,并且坩堝底部緊鄰熱電偶熱接點上方。坩堝架應耐高溫,試驗中不能掉皮,而且孔要符合國標要求。太大坩堝易晃動；太小灼燒后由于熱脹冷縮的緣故,坩堝會被坩堝架擠碎。為保持熱容量一致,每次實驗時,坩堝架上應放相同數量的坩堝。

(四)作業過程規范。煤的揮發分產率,是煤在(900±10)℃隔絕空氣加熱7MIN,并經水分校正后的質量損失。因此煤中的水分(MAD)直接影響揮發分的準確性。實驗發現空氣干燥基水分的測定結果對低揮發分煤的影響要比高揮發分煤的影響更明顯。在實驗中有時會出現空氣干燥基水分過高或過低情況,這主要是由于制樣或檢測不規范造成,具體分析如下：

1.某些制樣人員認為,煤樣磨制成分析試樣前已達到空氣干燥狀態(在溫度小于50℃的干燥箱干燥),就表明煤樣研磨成分析試樣后就達到了空氣干燥狀態。這種認知欠妥,實際上這樣的分析試樣并未達到空氣干燥狀態,煤樣還處于散發或吸水的狀態,用這樣的分析試樣測得的水分和揮發分,會導致測試值有偏差。最后制樣階段的空氣干燥應將煤樣置于環境溫度下冷卻并使之與大氣濕度達到平衡狀態。

2.GB/T 212—2008規定分析試樣粒度應小于0.2mm,粒度達不到要求,影響試樣的精密度,導致檢測結果重復測定超差或不準確。因此制樣人員要嚴格按國標制樣程序制備煤樣。

3.稱取分析試驗煤樣前,應用滾動或攪拌方法將煤樣充分混勻,然后從煤樣容器的不同部位、不同深度,用多點取樣法取出要求質量的煤樣,以避免因一次性同一部位取出而影響檢測結果。

4.檢測人員稱取樣品前未檢查天平是否處于水平狀態,天平不水平會導致器皿及試樣質量不準確,以及器皿或者試樣質量讀數有誤,這些都會導致檢測結果錯誤。

5.GB/T 212—2008規定的稱樣量為(1±0.01)g,秤準至0.0002G,相對于工業分析其它指標,如水分和灰分的稱樣量(1±0.1)g,其稱樣量更精確。這個范圍的質量使煤樣的揮發達到最佳狀態。

6.測定水分的稱量瓶從干燥箱取出后未及時放入干燥器中,干燥后煤樣會吸收空氣中的水分,導致測得的水分結果比實際的測試值低。測定揮發分的坩堝從馬弗爐中取出后,先放置在空氣中冷卻5MIN左右,然后移入干燥器中冷卻至室溫(約20 MIN)后稱量。如果在空氣中冷卻時間太長,焦渣就會吸水,會導致試樣結果偏低；如果在干燥器中冷卻時間不到,會導致試樣結果偏高。

三、結論

通過討論影響揮發分測定結果的幾個因素得出結論：在檢測作業方面,只有了解了這些影響因素,并且抓好全面質量管理,才能避免造成不必要的差錯；只有嚴格執行標準中的規定,并且不斷提升全面質量管理,才能獲得準確可靠的檢測數據。為需求者提供有價值的參考數據!