煤的揮發分準確測定影響因素研究

揮發分是煤的工業分析中最重要的一個指標，也是最難測準的一個項目。煤的揮發分不是煤中固有的物質，而是特定條件下受熱分解的產物，是指煤炭在一定的高溫條件下加熱一定時間，煤中分解出來的液體（蒸汽狀態）和氣體產物減去煤中所含的水分，即為揮發份，又稱揮發分產率。

影響揮發分測定的因素很多，主要有加熱溫度和時間；坩堝材質、大小、厚薄、嚴密性與坩堝架大小；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。對各影響因素進行了分析與討論。

揮發分與煤的變質程度有密切關系，是一項重要的煤質指標。在我國煤炭分類方案中，就以揮發分作為第一分類指標。揮發分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焦化企業、發電企業鍋爐裝置的穩定燃燒。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，主要有加熱溫度和時間；坩堝材質、大小、厚薄、嚴密性與坩堝架大小；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。

一、加熱溫度和時間

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認為選定的條件。GB/T212—2001規定，揮發分是稱取一定質量的煤樣，置于帶蓋的坩堝中，在（900±10）℃溫度下，隔絕空氣加熱7min，并經水分校正后的質量損失。可以認為，揮發分是煤在無氧情況下，加熱時的熱解產物，加熱溫度和時間決定了煤中有機質和無機礦物質的分解程度。在900℃左右加熱7min煤中有機質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，加熱時間過長，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，加熱溫度和時間，尤其是加熱溫度是影響揮發分準確測定的重要因素。要準確掌握規定的加熱溫度，必須保證馬弗爐恒溫區的溫度與指示溫度一致，因此，馬弗爐要定期校正。

二、坩堝和坩堝架

GB/T211-2001對坩堝的材質、形狀、尺寸和質量都作了規定，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15g～20g，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。坩堝架不能掉皮，而且孔要符合要求。太大坩堝易晃動；太小灼燒后會和架粘在一起。為保持熱容量一致，每次實驗時，坩堝架上應放滿坩堝。

三、水分測定

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。因此煤中水分（Mad）的測定結果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低情況，這主要是由于制樣不規范造成。

1.為縮短制樣時間，提高干燥溫度，使煤樣處于干燥或半干燥狀態。用這樣的煤樣磨制分析試樣，而裝瓶前未達到空氣干燥的狀態，其測定的水分較實際值低。

2.為省事和省時，制樣人員用作全水分的煤樣磨制分析試樣，而且該試樣裝瓶前又未達空氣干燥狀態，使測定的水分偏低。

3.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℃的干燥箱干燥至空干狀態），就表明煤樣磨制成分析試樣后就達到了空氣干燥狀態。這種看法欠妥。實際上這樣的分析試樣并未達到空氣干燥狀態。對大量的數據統計、分析發現：用這樣的分析試樣測得的水分，大部分情況下都比實際的低。

4.稱量瓶從干燥箱取出后未及時放入干燥器中，導致測得的水分比實際的低。

四、樣品質量

GB/T211-2001規定的稱樣量為（1±0.01）g，相對于工業分析其他指標，如水分和灰分的稱樣量（1±0.1）g，稱樣量更嚴。

五、煤樣粒度

分析試樣粒度應小于0.2mm，粒度達不到要求，就會使結果超差。制樣人員要嚴格按程序制備樣品。粒度不符合要求，會使結果超差，煤揮發分檢測不準確。 褐煤、長焰煤應預先壓餅，并切成約3mm的小塊。

以上討論了影響揮發分測定的一些因素，在進行實驗時，只有明確了這些影響因素并嚴格按照規定條件進行，才能得到準確可靠的數據 。

煤的揮發分產率是判斷煤質的重要指標之一，能大致地代表煤的變質程度，同時又能根據揮發分產率和焦渣性狀初步判斷煤的加工利用性質。我國和國際煤炭分類方案都是以煤的揮發分產率作為第一分類指標的，特別是其測定方法簡便，快速。在工業上，科學研究工作中，都被普遍采用。另外還可以用來計算干燥無灰基煤的發熱量，所以探討影響煤的揮發分測定結果的主要因素，得到準確的揮發分測定結果很有必要。1實驗結果和討論把煤放在與空氣隔絕的容器中，在一定高溫條件下，加熱一定時間后，從煤中分解出來的液體（蒸汽狀態）和氣體產物減去煤中的水分，就是煤的揮發分，剩下的不揮發物質稱為焦渣，如減去焦渣中的灰分，最后剩下的就叫煤的固定碳含量。因為煤的揮發分不是煤中固有的物質，因此，確切地說，該指標稱為揮發分產率。在測定揮發分的過程中，煤在隔絕空氣的情況下，加熱不同溫度發生不同的變化。溫度小于100℃時，煤中吸附的氣體及部分水逸出。溫度大于110℃時，內在水逸出。溫度大于200℃時，結晶水逸出。溫度大于250℃時，第一次熱解開始，有氣體逸出。溫度大于350℃時，產生焦油。溫度500℃～600。

揮發分是煤質分析中一項重要的檢測指標，它可以反映煤炭的變質程度，大致確定煤炭的品種，還可以另一方面，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炭的加工利用途徑。在工業應用中，揮發分是電站鍋爐設計需要首先考慮的指標，其測定結果直接關乎電站鍋爐的的安全穩定，所以要準確測量煤炭揮發分，就得了解影響揮發分測定的一些因素，只有明確了這些影響因素并嚴格按照規定條件進行，才能得到準確可靠的數據。我公司生產的灰揮測試儀就是按照國標生產的測定煤的灰分揮發分的儀器。

（作者單位：山西焦化股份有限公司質檢中心）