煤質化驗灰分測定的一項改進

杜 鑫

（大同煤礦集團 煤峪口礦，山西 大同037001）

煤的灰分不是煤的固有成分，是煤在規定條件下完全燃燒后殘留物的產率。煤的灰分測定是規范性比較強的試驗。而且灰分來源于礦物質，是降低煤炭熱量的物質，在煤炭加工過程中帶來不利的影響。經過多年的工作總結出煤炭的灰分與熱量的相對變化規律。經驗表明，在全水為6%時的值，1個百分灰點相當于100Cal／g的熱量。如果灰分降低一個百分點，則在該煤樣水分對應的熱值中熱量增加100Cal／g的熱值。如果灰分增加一個百分點，則在該煤樣水分對應的熱值中熱量相應的降低100Cal／g的熱值。該結果就是該煤樣的收到基低位發熱量，也是直接用來計價的主要標準。所以，煤的灰分直接體現出煤炭的發熱量，間接的影響著煤炭的市場價格。所以煤質化驗過程中，對于煤質灰分測定的精細程度和準確度的要求相當高。

1 常用灰分測定方法

國標中規定煤中灰分測定方法有兩種：快速灰化法和緩慢灰化法。這兩種方法共同之處是所用的儀器設備基本相同，都會用到馬弗爐、灰皿、分析天平、干燥器、耐熱瓷板或石棉板。但是快速灰化法的結果通常高于緩慢灰化法，因此在試驗室中常用緩慢灰化法測定煤的灰分。

在緩慢灰化法的操作過程中，是在預先灼燒至質量恒定的灰皿中，稱取一定的煤樣，將其均勻地攤平在灰皿中，然后將盛有煤樣的灰皿送入溫度不超過100℃的馬弗爐恒溫區中，待到馬弗爐工作結束，從爐中取出灰皿放在石棉板上，冷卻、稱量、計算。

2 灰分測定過程中的一些問題

在長期實踐操作中，筆者發現在把灰皿放入爐中和把灰皿從爐中取出的操作中弊端重重，綜合為以下幾點。

（1）在放灰皿的過程中，用鋏子將一對對盛有試樣的灰皿夾進馬弗爐里，過程比較繁瑣，費時間，而且必須在100℃以內將所有盛有試樣的灰皿全放進去。

（2）取樣時，由于爐溫很高，在800℃以上。在此情況下，操作人員用鋏子夾灰皿的過程中爐中放出的熱氣有些燙，給操作人員帶來不便，甚至是危險。而這個過程不是一次能完成的，有多少對煤樣，就要重復多少次這樣的操作過程。

（3）灰皿已在高溫下被加熱，在用鋏子夾的過程中，若灰皿與鋏子接觸時，互相受力不均勻或用力過大會把灰皿夾碎。這樣不僅損壞了設備，而且試驗人員還得重新做該項試驗，影響了試驗進度，增加了試驗人員的負擔。

（4）一般在夾灰皿的過程中是一對一對將灰皿從馬弗爐中夾出的，為了保證灰皿在夾的過程中不會脫落，操作人員要掌控好鋏子伸進灰皿的深度，稍有不慎，鋏子會將灰分夾帶出來，這樣會造成平行樣的誤差超出標準范圍，直接影響試驗的準確性和試驗的進度。

（5）一般每項試樣需稱兩次，若試樣多，所需要的灰皿就多。把灰皿放進馬弗爐是按照一定順序放置的，而在取灰皿時一般是逆著方向從爐中取出放在石棉板上的。理論上講這樣做是沒問題的，但實際做起來偶爾也會弄混順序。

3 針對以上問題的解決方法

通過設計一個灰皿架，來解決上述問題。

1）材質：用鎳鉻絲或耐熱金屬絲制成。這種材質與測定揮發分時用到的坩堝架的材質是相同的。因為測定揮發分的馬弗爐恒溫區是（900±5）℃，而測定灰分時馬弗爐需要保持的最高溫度是（815±10）℃，所以選擇坩堝架所用的材質能承受900℃左右的高溫，也能承受815℃左右的高溫。

2）形狀：所設計的灰皿架的形狀（見圖1）。

圖1 灰分操作過程示意

圖2 灰皿尺寸分析

圖1 反映了灰分操作過程中的主要設備及操作流程，也反映了灰皿架的基本形狀。根據馬弗爐內尺寸的大小，設計的灰皿架上只能放三行七列的灰皿。所以灰皿架的大小由馬弗爐內的尺寸確定，其中每個網格的大小由灰皿大小確定，而灰皿的大小一般是國標中有所規定的。由圖1和圖2可以看出灰皿外壁的中部與網格壁接觸，灰皿外壁的中部長是50mm，寬是23.5mm，即一個網格的大小是長50mm，寬23.5mm。為了使灰皿放在網格中有足夠的空間，該設計根據2個灰皿豎向對齊時外壁沿緊密接觸時外壁中部兩點的距離為1.5mm和2個灰皿橫向對齊時外壁沿緊密接觸時外壁中部兩點的距離為5mm，確定了內部豎排格欄的直徑為3mm，橫排格欄和網格外沿的直徑是6mm。綜合上述，整個網格的長194.5mm，寬是174 mm。由于馬弗爐內熱電偶平行于爐膛底20～30mm，設計中為了使灰皿底部不要碰到熱電偶，支柱高約在40～50 mm之間。

3）新灰皿架使用步驟：

（1）將所有盛有試樣的灰皿按照一定順序放在灰皿架上。再將灰皿架放入溫度低于100℃的馬弗爐中。就不用一個個或一對對的用鋏子夾入馬弗爐中，節省時間，也節省步驟。

（2）將灰皿取出馬弗爐時，可以用鉗子將灰皿架從爐中夾出，就不用一個個或一對對從高溫爐中夾出。這樣不僅使操作人員免受熱流之苦，而且鋏子不用與灰皿直接接觸，灰皿就不會輕易破碎或不會發生灰分被夾帶出去的情況，這樣既提高了試驗的準確性，也給操作人員減輕了負擔。

（3）灰皿是按照一定順序放在灰皿架上的，取出灰皿架時灰皿仍然是原來的順序，這樣就不會出現灰皿的順序被弄亂的問題。

（4）灰皿架避開了熱電偶的阻擋，節省出還能放一個灰皿的空間，這樣不僅使平行樣更均勻的處在同一溫度狀態下受熱，增加了試驗的準確性，而且節省出一定的空間，可以增加試驗項目。

（5）值得提醒的是當試驗項目少的時候，試驗人員盡量將灰皿往灰皿架的中間擺放，可以維持灰皿架的平衡，便于放取。

4 結語

灰分的測定在煤質分析中同發熱量反映煤質好壞的作用是相輔相成的，也是每次相關部門抽查的主要項目之一。它的操作性很強，對操作人員的技術水平要求比較高，所以通過該項改進，幫助操作人員提高了工作速度和工作效率，減少了操作失誤，降低操作難度和危險系數，提高了灰分測定的準確率。