煤炭水分對入爐煤熱值的影響

劉 娜

(寧夏大唐國際大壩發電有限責任公司 發電部，寧夏 青銅峽 751607)

0 引言

煤的化學組成由有機的烴類物質和無機礦物質組成。水分是一項重要的煤質指標，它在煤的基礎理論研究和加工利用中都具有重要的作用。并且水分的變化會造成其它組分的含量和熱值的變化。煤的水分通常分內水和外水兩種，內水與煤質有關，而外水則是一個變量，有大有小，差別很大，通常來說，水分高不是一件好事。在煤炭貿易上，煤的水分是一個重要的計質和計量指標，在煤炭分析中，煤的水分是進行不同基的煤質分析結果換算的基礎數據。煤的發熱量是指每單位質量的煤完全燃燒所產生的熱量，是表征煤炭各種特性的的綜合指標。發熱量測定在煤質分析中是一個操作復雜、影響因素較多的項目，特別是環境因素，國標規定：室內溫度要恒定、有恒溫措施、室內無空氣對流、測發熱量與測熱容量條件一致、有制冷設備等，測試條件非常苛刻，因此，發熱量測定是一個較難掌握的項目，平行樣測試結果常常超差，浪費許多人力和物力。相比而言，水分測定則容易得多。我們著力尋找煤的水分與發熱量的相關關系，從而由水分分析結果推出發熱量結果，并運用相關關系對分析結果進行預測。

1 煤中水分的概念

煤中水分按其結合狀態可分為游離水和化合水(即結晶水)兩大類。煤中的游離水于常壓下在105～110℃的溫度下經過短時間干燥即可全部蒸發；而結晶水通常要200℃，有的甚至要在500℃以上才能析出。在煤的工業分析中測定的水分只是游離水。根據水分存在的不同結構狀態又可分為內在水分和外在水分2種。在實際測定中由于煤從脫去表面水到脫去內在水是個連續而復雜的過程，二者間難以嚴格分開，因此工業分析中的表面水和內在水不是按其理論定義來劃分的，而是按測定方法或者說是測定條件來定義的。實測的表面水和內在水不是一個定值，它們隨測定環境的溫度和濕度等而變。水分是煤中不可燃成分，常用的有收到基水分(Mar)和空氣干燥基水分(亦稱分析水分)，在煤質檢測活動中報出的檢驗值都是有基準的，干燥基灰分(Ad)等一系列結果就是以假想無水狀態的煤為基準，即所有干燥基結果都是通過用分析基準換算出米的。水分是煤中不可燃成分，常用的有收到基水分(Mar)和空氣干燥基水分(亦稱分析水分)，煤質分析中灰分、揮發分、全硫、碳氫值、發熱量等常規項目都是報出的干基或干燥無灰基結果(公司在結算時采用收到基)。

2 水分的分析方法

全水分：GB／T211-2007煤中全水分測定中，給出了5種不同的測定方法，分別為通氮(空氣)兩步法、通氮(空氣)一步法和微波干燥法(新增)5種方法，除通氮法外，其它方法對煤種都有適用性，我廠采用通空氣一步法。分析步驟：用預先干燥和已稱量過的淺盤內迅速稱取粒度＜13mm 的煤樣(500±10)g(稱準至 0.1g),平攤在淺盤中。 將淺盤放入預先加熱到105℃～110℃的空氣干燥箱中。在鼓風條件下，煙煤干燥2h、無煙煤干燥3h。從干燥箱中取出淺盤，趁熱稱量(稱準至0.01g)。進行檢查性干燥，每次30min，直到連續兩次干燥煤樣減少的質量不超過0.5g或質量增加時為止。在后一種情況下，應采用質量增加前一次的質量作為計算依據。

結果計算

Mt=m1/m×100

式中：Mt——煤樣的全水分，%；

m——煤樣的質量，g；

m1——干燥后煤樣減少的質量，g。

報告值修約至小數點后一位。如果在運送過程中水分有損失，則按下式求出補正后的全水分值：

Mt=M1+m1/m(100-M1)

式中：M1煤樣運送過程中的水分損失量(%)，當M1大于1%時，表明煤樣在運送過程中能受到意外損失，則不可補正。但測得的水分可作為實驗室收到煤樣的全水分。在報告結果時，應注明“未經補正水分損失”。并將煤樣容器標簽和密封情況一并報告。

內在水分：對于內在水分的測定GB/T 212-2008規定了煤的三種水分測定方法，在仲裁分析中遇到有用一般分析試驗煤樣水分進行校正以及基準=的換算時，應用通氮干燥法測定一般分析實驗煤樣的水分。測定分析水分應在盡量短的、煤樣水分不發生顯著變化的期限(最多不超過7d)內進行。我廠內水分析平時采用空氣干燥法，分析步驟：在預先干燥和已稱量過的稱量瓶內稱取粒度小于0.2mm的一般分析實驗煤樣(1±0.1)g，稱準至0.0002g平攤在稱量瓶中。打開稱量瓶蓋，放入預先鼓風并已加熱到(105～110)℃的干燥箱中。在一直鼓風的條件下，煙煤干燥1h、無煙煤干燥1.5h。從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放入干燥器中冷卻至室溫(約20min)后稱量。進行檢查性干燥，每次30min。直到連續兩次干燥煤樣的質量減少不超過0.0010g或質量增加時為止。在后一種情況下，采用質量增加前一次的質量作為計算依據。水分在2%以下時，不必進行檢查性干燥。

結果計算

Mad=m1/m×100

式中：Mad——一般分析試驗煤樣水分的質量分數，%；

m——稱取的一般分析試驗煤樣的質量，單位為克g。

“我們給地方政府部門做了許多高效節水項目，但全額墊資做完項目后，地方政府部門往往回款很慢，錢大半年都回不來，經營壓力很大。”何森說。

m1——煤樣干燥后失去的質量，單位為克g；

定期會采用賽多利斯MA100紅外水分儀對內水的測定進行校驗。實驗原理及步驟：

3 水分對入爐煤收到基低位發熱量的影響

通常我們根據分析基低位發熱量或分析基高位發熱量來計算收到基低位發熱量的公式有：

式(1)中：Qnet,v,ar——收到基煤的低位發熱量，J/g；

Qgr,ad——分析試樣的高位發熱量，J/g；

Mar——收到基全水分，%；

Mad——分析試樣的水分，%；

水量對煤收到基低位發熱量究竟是怎樣影響的，式中的Mad稱為內在水，通常又叫固有水和分析水，它存在于煤的毛細管中，測定時，通常在50℃左右烘至恒重，以除去外水，經粉碎后在105～110℃烘至恒重測定內水，同一煤樣在不同的濕度下的內水是不變的，即為常數。一般情況下，內水通常小于3%，即100-Mad≈100，全水通常在18%以下，以＜10%居多，當全水含量增加時，100-Mar是減小的，0.023Mar是增大的，所以，當全水含量增加時，低位發熱量是減小的；當全水不變，增加內水時，100-Mad是減小的，1/(100-Mad)是增加的，所以當增加內水時，低位發熱量是增加的；我們知道煤在灼燒發熱時需先克服水蒸發而消耗熱量，固外水含量越高，煤收到基低位發熱量就越小；在內水含量較小的情況下，煤中每1%含量的外水引起煤收到基低位發熱量的變化量約為煤分析基低位發熱量的1%。另外，煤在含有水時，應先將水分蒸干后才能燃燒發熱，全水分增加會引起其收到基低位發熱量減少。內水增加會引起其收到基低位發熱量增加。

全水分變化時對熱值的影響 如下表1：

表1

內水對熱值的影響如下表2：

表2

4 煤的水分測定中應注意的問題

4.1 對同一煤樣應進行重復測定(俗稱做平行樣)，這樣會避免人為因素對水分測定的影響誤差。

4.2 采集的全水分試樣應保存在密封良好的容器內，并放在陰涼的地方。

4.3 全水分試驗樣品送到實驗室后應立即測定，試驗結束后應在空氣中冷卻2～3分鐘，然后再放入干燥器冷卻，防止稱量瓶內產生負壓吸入潮濕空氣，使得測試結果偏低。

4.4 全水分測定的樣品不易過細。

我廠內水分析采用空氣干燥法，需進行檢查性試驗，則要求我們工作人員一定要嚴格按國標規定進行操作，否則就會對水分的測定結果產生影響。

5 采、制樣過程對水分的影響

雖然水分分析過程中有那么多的影響因素，但是，這些因素產生的誤差同采樣、制樣不當造成的誤差相比，所占的比例還是很小的。由于水分很容易受到外界的影響，如天氣(晴雨、氣溫高低)、裝卸運輸過程的降塵噴淋、采樣裝置類型、采樣方式、采樣后放置時間的長短等都會對水分的測量偏差造成很大的影響，所以煤采樣后必須及時制樣，并密封保存，同時要避免噴淋或現場沖洗水直接進入樣桶中。制樣過程中要減少水分變化必須注意制樣室內空氣不能強烈對流，無熱源、水源，制樣操作應該迅速，使用密封式兩分器，制好的煤樣要及時放入密封容器中保存，不能長時間敞開放置在制樣室內。分析煤樣的干燥時間、溫度必須嚴格按照國家標準執行，不得大于50度，制取粉樣時粉碎時間不宜過長，避免發熱煤質氧化。煤樣破碎后粒徑大小要符合分析要求，對于破碎機要求轉速不宜過快，不產生強氣流，破碎過程不發生熱量，宜采用密封式，同時在使用前后要將腔內殘煤清理干凈，以避免交叉污染等。

6 結論

外水含量的增加主要引起煤收到基低位發熱量的減少；全水含量增加時，低位發熱量是減小的，相反，當全水含量減少時，低位發熱量是增加的；內水含量增加時，低位發熱量是增加的，當內水含量減少時，低位發熱量是減少的。在內水含量較小的情況下，煤中每1%含量的外水引起煤收到基低位發熱量的變化量約為煤分析基低位發熱量的1%。綜上所述，煤中水分是一個基礎但又十分重要的測試項目，由于分析簡單，二往往容易被忽略，造成數據出現誤差。

[1]GB／T213-1996 煤的發熱量測定方法[S].

[2]李英華.煤質分析應用技術指南[M].中國標準出版社.

[3]尹世安.動力燃料分析[M].水利電力出版社.