無(wú)煙煤與煙煤的測(cè)試方法理論研究

閆碧瑩 施曉婷（烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古烏海 016000）

無(wú)煙煤與煙煤的測(cè)試方法理論研究

閆碧瑩 施曉婷（烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古烏海 016000）

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，提出采用EA1112型元素分析儀測(cè)試煤樣中的主要元素C、H、O、N、S的含量，以此為依據(jù)快速準(zhǔn)確的確定煙煤和無(wú)煙煤的種類(lèi)，并期望有機(jī)會(huì)加以驗(yàn)證，得出結(jié)論。

無(wú)煙煤；煙煤；元素分析

一、概述

煤是泥炭堆積的沉積物，是植物等有機(jī)體混入沉積地層后，受到不同程度的腐爛、壓緊、變硬及自然(地質(zhì))過(guò)程的化學(xué)變化所形成，煤是含有芳香族和脂肪族碳結(jié)構(gòu)以及平均大小不超過(guò)4個(gè)稠合環(huán)的縮合芳香族化合物。GB/T 5751-2009《中國(guó)煤炭分類(lèi)》規(guī)定，采用煤化程度參數(shù)(主要是干燥無(wú)灰基揮發(fā)分)將煤炭劃分為無(wú)煙煤、煙煤和褐煤。

無(wú)煙煤俗稱(chēng)白煤或紅煤，是變質(zhì)程度最大的煤。黑色，堅(jiān)硬，有金屬光澤，燃點(diǎn)高，無(wú)黏結(jié)性，燃燒時(shí)火焰短而少煙，不結(jié)焦。含碳量一般在90%以上，揮發(fā)分低(多在10%以下)，相對(duì)密度在1.4～1.8，無(wú)膠質(zhì)層厚度，熱值約33440～35530kJ/kg。煙煤是煤化程度較大的煤，燃燒時(shí)火焰較長(zhǎng)而多煙。該種煤含碳量為75%～90%，不含游離的腐殖酸。相對(duì)密度1.25～1.35，發(fā)熱量在27170-37200kJ/kg。外觀呈灰黑色至黑色，揮發(fā)分在10%～40%。根據(jù)揮發(fā)分含量和膠質(zhì)層厚度，煙煤可分為長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤等。煙煤具有易燃燒、發(fā)熱量大的優(yōu)點(diǎn)，但燃燒時(shí)排放大量一氧化碳、二氧化碳、固態(tài)粉塵和二氧化硫，造成空氣污染，嚴(yán)重影響人類(lèi)生活環(huán)境。

目前區(qū)分無(wú)煙煤和煙煤的主要指標(biāo)是干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf及透光率PM。其數(shù)據(jù)指標(biāo)和操作方法嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，雖然有效可行，但是操作步驟繁瑣，測(cè)試周期長(zhǎng)，在一定程度上不能適應(yīng)日新月異的步伐。因此，尋求有效可行的辦法，快速區(qū)分無(wú)煙煤和煙煤，勢(shì)在必行。

二、研究進(jìn)展

近年來(lái)，美國(guó)Iowa大學(xué)Ames實(shí)驗(yàn)室Bluhm、Fanslow等對(duì)煤中黃鐵礦與純煤(不含礦物質(zhì))的介電性質(zhì)差別進(jìn)行了詳細(xì)的基礎(chǔ)研究，得出微波頻率下前者介電損耗因子較后者大得多，其加熱速率約為后者九倍，表明原煤微波處理具有選擇性介質(zhì)加熱的特點(diǎn)，從此開(kāi)始了微波脫硫技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。

煤大分子結(jié)構(gòu)單元的核心為縮聚芳環(huán)、氫化芳環(huán)或各種雜環(huán)。煤的結(jié)構(gòu)是多元非晶態(tài)的，其物質(zhì)結(jié)構(gòu)與電、磁現(xiàn)象是有直接聯(lián)系的，煤的電、磁性也隨煤分子結(jié)構(gòu)的變化(表現(xiàn)在煤化度，即碳含量的變化上)而變化。在利用微波加熱進(jìn)行冶金物料的碳熱還原過(guò)程中，煤的電磁性質(zhì)在微波場(chǎng)中的變化對(duì)微波冶金的效果影響很大。國(guó)內(nèi)外許多文獻(xiàn)報(bào)道了煤電性質(zhì)和熱性質(zhì)及其物理結(jié)構(gòu)特征，但對(duì)無(wú)煙煤和煙煤電磁性質(zhì)的報(bào)道還很少。馮秀梅擬研究2～18GHz微波頻段間無(wú)煙煤和煙煤的電磁性質(zhì)及其變化規(guī)律。這對(duì)今后研究微波法測(cè)試煤的各種性質(zhì)具有一定的指導(dǎo)意義。

煤在傳統(tǒng)燃燒過(guò)程中要向大氣排放出大量的煙塵，煙煤更甚。現(xiàn)階段控制燃煤煙塵排放的措施中，型煤技術(shù)是其中之一，其投資小，收效好，與直接燃燒原煤相比，可以減少環(huán)境污染，使原始排塵減少80%～90%，同時(shí)還可減少SO2排放40%～60%，燃燒熱效率提高20%～30%，節(jié)煤率達(dá)15%，具有節(jié)能和環(huán)境保護(hù)的雙重效益。探討煙煤型煤消煙技術(shù)也是今后煤炭研究的一個(gè)重要方向。

在我國(guó)，以燃煤引起的煤煙型煙霧污染是大氣污染的主要來(lái)源，其中煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物是大氣污染的主要成分。因此，研究燃煤污染物排放特性，實(shí)現(xiàn)高效、低污染燃燒，是日前亟待解決的重要課題。

三、方法探討

煤中主要含有C、H、O、N、S等元素。無(wú)煙煤有高碳，低灰，低硫，發(fā)熱量大，機(jī)械強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。煙煤含碳量低，揮發(fā)分高，燃燒除排放大量的常規(guī)污染物如SOx，NOx，CO，CO2和粉塵外，還排放出特殊污染物，如重金屬、多環(huán)芳烴等污染物。推斷，測(cè)定無(wú)煙煤與煙煤中各種主要元素的含量，可以將無(wú)煙煤與煙煤有效的加以區(qū)分。

選擇煤分類(lèi)指標(biāo)既要能反映煤的自然特性，又要考慮作為資源和能源的煤炭在合理利用時(shí)，能反映各種工藝對(duì)煤炭的質(zhì)量要求，指標(biāo)數(shù)目要少而有效，測(cè)定方法簡(jiǎn)易可行，用煤樣量少而便于推廣。基于此原則，筆者提出采用美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的EA1112型元素分析儀測(cè)試煤樣中的主要元素C、H、O、N、S的含量，以此為依據(jù)確定煙煤和無(wú)煙煤的種類(lèi)，并結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的煤樣元素分析和工業(yè)分析方法加以驗(yàn)證，期望在遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，探索煤樣測(cè)試新方法，快速有效區(qū)分煤樣，提高測(cè)試效率，達(dá)到預(yù)期效果。

目前，未見(jiàn)應(yīng)用儀器分析對(duì)煤樣進(jìn)行主要元素全分析以確定無(wú)煙煤類(lèi)別的報(bào)道。如果利用EA1112型元素分析儀測(cè)試煤樣，具有樣品用量少、測(cè)試時(shí)間短、分析誤差小、測(cè)定精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高分析效率。

相信隨著煤炭測(cè)試技術(shù)的不斷提高，我們將更深入的認(rèn)識(shí)煙煤與無(wú)煙煤的各種特性，從而為它們的進(jìn)一步應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。

[1]吳寬鴻、陳亞飛、于海兵.我國(guó)煉焦煤與無(wú)煙煤的資源和生產(chǎn)能力[J].中國(guó)冶金，2005，15(7)：18-21

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 5751-2009，中國(guó)煤炭分類(lèi)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：1

10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.12.171