煤質(zhì)分析儀器在氣化用煤技術(shù)中的應(yīng)用

賈桃桃

（山西潞安化工集團(tuán)煤基清潔能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 046200）

0 引言

煤炭資源是占據(jù)關(guān)鍵地位的戰(zhàn)略資源類型，對(duì)于煤炭資源而言，按照其實(shí)際發(fā)生的碳化程度高低水平，通常可以將其劃分成泥炭、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤以及亞煤等復(fù)雜多樣的表現(xiàn)類型。在上述的多種類型中泥炭資源的碳化程度最低，無(wú)煙煤資源物質(zhì)的碳化程度最高。從化學(xué)物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)角度分析，煤炭資源主要由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物共同組成，有機(jī)物成分主要由碳元素、氫元素、氧元素、氮元素、硫元素等共同組成；無(wú)機(jī)物主要指的是礦物質(zhì)成分和水，而碳元素、氧元素、氫元素、氮元素以及硫元素物質(zhì)成分含量水平，是評(píng)價(jià)確定煤炭資源物質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。

1 全自動(dòng)工業(yè)分析儀的操作分析

針對(duì)煤炭開展工業(yè)分析，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范化技術(shù)操作規(guī)程，做好各類應(yīng)用設(shè)備配置，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化水平[1]。

從宏觀角度來(lái)看，全自動(dòng)工業(yè)分析儀設(shè)備基本操作相對(duì)簡(jiǎn)單，其實(shí)際具備的自動(dòng)化程度較高，能夠一次性自動(dòng)化完成對(duì)煤炭資源中水、灰分物質(zhì)、揮發(fā)分物質(zhì)以及固定碳物質(zhì)的機(jī)械化測(cè)量。通過(guò)自動(dòng)化測(cè)量的開展，能夠在較大程度上剔除因人為因素而可能出現(xiàn)的誤差，客觀上不僅能縮短技術(shù)分析環(huán)節(jié)的總體時(shí)間，還能有效改善數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，提高測(cè)試環(huán)節(jié)的開展效率，測(cè)量過(guò)程中實(shí)際獲取的數(shù)據(jù)直接決定著煤炭物資樣本是否適合在煤化工氣化爐設(shè)備內(nèi)部加以使用。

在運(yùn)用氣化水煤漿方法生產(chǎn)制造甲醇過(guò)程中，針對(duì)煤質(zhì)中水分含量和灰分含量的控制要求較高，如果煤質(zhì)中的水分含量過(guò)高，通常會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)設(shè)備出口位置的溫度下降，致使制粉環(huán)節(jié)開展困難，間接造成輸煤設(shè)備因下煤環(huán)節(jié)不夠通暢而出現(xiàn)堵煤?jiǎn)栴}，同時(shí)還會(huì)給相關(guān)設(shè)備帶來(lái)沖刷和磨損等不良情況，顯著增加日常檢修和維護(hù)的費(fèi)用，還會(huì)使氣化水煤漿表觀黏度持續(xù)增大，導(dǎo)致高濃度優(yōu)質(zhì)煤漿的獲取難度提升[2]。

從技術(shù)原理分析，氣化水煤漿實(shí)際濃度水平，會(huì)對(duì)氣化性能帶來(lái)較大影響，在水煤漿濃度處在相對(duì)較低水平時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致水煤漿氣化比煤耗偏高、比氧耗偏高、氣化效率偏低、有效氣產(chǎn)量偏低情況，其實(shí)際產(chǎn)煤數(shù)量會(huì)呈現(xiàn)出持續(xù)下降趨勢(shì)，在此情況作用下，會(huì)顯著破壞水煤漿氣化裝置的運(yùn)行使用過(guò)程總體穩(wěn)定性，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的能源和資源浪費(fèi)。兩種煤炭樣品的工業(yè)分析結(jié)果，如表1 所示。

表1 兩種煤炭樣品的工業(yè)分析結(jié)果

2 智能馬弗爐的操作分析

智能馬弗爐設(shè)備按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件《煤的工業(yè)分析方法》GB/T 212—2008 的相關(guān)制度要求，將快灰物質(zhì)、慢灰物質(zhì)、揮發(fā)分物質(zhì)的升溫、控溫、檢測(cè)環(huán)節(jié)等均編寫引入到設(shè)備運(yùn)行控制程序中，在運(yùn)用智能儀表設(shè)備時(shí)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于控制環(huán)節(jié)便捷程度高，溫度升高過(guò)程推進(jìn)速度快，便于自動(dòng)控制，智能化程度高，操作簡(jiǎn)單等[3]。

通常情形下，在煤炭樣品被燒制處理成煤灰物質(zhì)時(shí)，應(yīng)選擇使用慢速灰化方法，將煤炭樣品先在馬弗爐設(shè)備內(nèi)部加熱處理到500 ℃，維持恒溫狀態(tài)30 min，之后將溫度參數(shù)項(xiàng)目提升到850 ℃，再維持恒溫狀態(tài)30 min，最后降溫處理到室溫狀態(tài)。

3 灰熔融性測(cè)試儀的使用分析

灰熔融性測(cè)試儀設(shè)備的主要作用是對(duì)煤灰的熔融特性展開精確測(cè)量，其主要涉及的參數(shù)包括變形溫度參數(shù)（DT 參數(shù)項(xiàng)目）、軟化溫度參數(shù)（ST 參數(shù)項(xiàng)目）、半球溫度參數(shù)（HT 參數(shù)項(xiàng)目）和流動(dòng)溫度參數(shù)（FT 參數(shù)項(xiàng)目）[4-5]。

灰熔融性測(cè)試儀設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的最顯著特點(diǎn)，在于不僅能夠在弱還原性環(huán)境下完成灰熔點(diǎn)的測(cè)量，還能在還原性環(huán)境下完成灰熔點(diǎn)的測(cè)量，設(shè)定具體的升溫速率參數(shù)開展加熱處理，針對(duì)上述四種溫度參數(shù)，根據(jù)灰錐在加熱過(guò)程中的不同表現(xiàn)形狀，完成辨別與判斷。某種煤炭樣品的灰熔點(diǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果分布表，如表2 所示。

表2 某種煤炭樣品的灰熔點(diǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果分布表

4 全自動(dòng)紅外測(cè)硫儀分析

全自動(dòng)紅外測(cè)硫儀設(shè)備能精確測(cè)定煤炭中的硫元素含量，其操作步驟簡(jiǎn)單，測(cè)試開展速度較快，便捷程度高，客觀上提升了儀器設(shè)備運(yùn)行使用過(guò)程的可靠性[6]。

在煤炭中硫元素含量較高情況下，通常會(huì)對(duì)輸煤設(shè)備和磨煤機(jī)帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕破壞，增加檢修環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)成本，降低煤炭資源的總體利用效率。

煤炭資源包含的硫元素成分，其燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫，不但會(huì)對(duì)破壞自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，還會(huì)對(duì)鍋爐設(shè)備的管道組件產(chǎn)生腐蝕破壞，且伴隨著硫元素物質(zhì)含量的提升，甚至?xí)瑰仩t設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重結(jié)渣問(wèn)題。

5 XRF 熒光光譜儀的作用

XRF 高頻熔樣機(jī)設(shè)備，是開展煤灰成分分析活動(dòng)過(guò)程中，發(fā)揮前處理功能的關(guān)鍵設(shè)備。

在熔融方法運(yùn)用下，要將煤灰檢測(cè)樣品（針對(duì)已經(jīng)完成燒制環(huán)節(jié)的煤灰開展深入處理，使其呈現(xiàn)出粉末狀），與偏酸性的堿性熔劑物質(zhì)四硼酸鋰（67%+33%）混合熔劑以適當(dāng)數(shù)量比例放置到坩堝中，在固定的溫度下開展熔融處理，此過(guò)程需要設(shè)定好程序，在10 min內(nèi)完全熔好樣品，冷卻熔融就得到玻璃狀試樣[7-8]。

在上述操作方法過(guò)程中，能夠徹減弱熒光分析環(huán)節(jié)中的礦物物質(zhì)成分，以及顆粒效應(yīng)的影響，降低基體影響，較大程度提升熒光分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。某種煤炭樣品的灰成分物質(zhì)構(gòu)成數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果分布表，如表3 所示。

表3 某種煤炭樣品的灰成分物質(zhì)構(gòu)成數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果分布表

6 高溫黏度計(jì)操作分析

高溫黏度計(jì)設(shè)備的作用，在于對(duì)煤灰樣品和熔渣樣品的黏溫特性開展規(guī)范化測(cè)量[9]。

高溫黏度計(jì)設(shè)備的主要原理，是通過(guò)浸入被測(cè)液體內(nèi)部的轉(zhuǎn)子組件的持續(xù)旋轉(zhuǎn)過(guò)程形成的扭矩，開展黏度值的測(cè)量，扭矩與浸入樣品內(nèi)部的轉(zhuǎn)子組件遭遇黏性拖拉形成的阻力成比例，因而其與黏度也成比例。高溫黏度計(jì)設(shè)備主要被運(yùn)用于煤炭行業(yè)對(duì)煤灰熔融黏度測(cè)定有高要求的分析環(huán)節(jié)，是氣化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中占據(jù)重要地位的指標(biāo)檢測(cè)環(huán)節(jié)[10]。

在高溫環(huán)境下，利用轉(zhuǎn)子組件測(cè)量確定熔樣的黏度特性，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備呈現(xiàn)的黏度參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息，對(duì)熔體的流動(dòng)表現(xiàn)情況開展分析，需要儀器設(shè)備對(duì)溫度參數(shù)項(xiàng)目的精確化控制，以及對(duì)黏度參數(shù)項(xiàng)目的精確化測(cè)量。根據(jù)黏溫曲線的特點(diǎn)，研究熔融煤灰渣物質(zhì)的基本類型，可將其具體劃分成玻璃渣、結(jié)晶渣和塑性渣三種類型。煤灰物質(zhì)在組成成分方面存在顯著差異，高溫煤灰物質(zhì)對(duì)應(yīng)的黏溫特性曲線存在顯著差異，通常情況下，晶體渣物質(zhì)臨界溫度對(duì)應(yīng)的黏度小于25 Pa·s，塑性渣物質(zhì)在臨界溫度對(duì)應(yīng)的黏度介于25～50 Pa·s 之間。

7 結(jié)語(yǔ)

深入分析現(xiàn)有研究成果可知，在煤質(zhì)分析過(guò)程中，可供選擇運(yùn)用的儀器設(shè)備具備多樣性，主要關(guān)注的指標(biāo)項(xiàng)目，涉及水分含量、灰分含量、揮發(fā)分含量、灰熔點(diǎn)測(cè)量指標(biāo)、灰成分含量，以及黏溫特性曲線等指標(biāo)。將煤質(zhì)分析儀器設(shè)備深入運(yùn)用到煤炭氣化過(guò)程中，能發(fā)揮很好的效果。