煤質(zhì)分析新方法和設(shè)備綜述

王劍英

(唐山海港賽孚燃料檢驗(yàn)有限公司， 河北　唐山　063611)

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煤質(zhì)分析新方法和設(shè)備綜述

王劍英

(唐山海港賽孚燃料檢驗(yàn)有限公司， 河北唐山063611)

時(shí)代在進(jìn)步，科技在發(fā)展。煤質(zhì)分析中各個(gè)項(xiàng)目的檢測(cè)方法和儀器設(shè)備也是層出不窮。煤質(zhì)分析是判斷煤炭質(zhì)量的客觀依據(jù)，科研單位和第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)有必要掌握準(zhǔn)確且可靠的檢測(cè)方法，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，來(lái)提高煤質(zhì)分析的準(zhǔn)確度和精密度，提高工作效率，降低總成本。本文綜述了目前國(guó)標(biāo)中常規(guī)煤質(zhì)分析的方法以及國(guó)內(nèi)研究學(xué)者對(duì)新方法和新設(shè)備的探索，以供參考。

全水分；工業(yè)分析；全硫；發(fā)熱量；煤質(zhì)分析

煤質(zhì)分析是為了解煤的質(zhì)量和燃燒特性，用物理和化學(xué)的方法對(duì)煤炭進(jìn)行化驗(yàn)和測(cè)試的工作。它是判斷煤炭質(zhì)量的客觀依據(jù)，對(duì)煤炭的開(kāi)采、運(yùn)輸、加工處理起著指導(dǎo)作用，更對(duì)煤炭的貿(mào)易起著至關(guān)重要的作用。煤炭只有經(jīng)過(guò)檢測(cè)和分析，我們才能了解其結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)，才能對(duì)其合理利用[1-2]。在日常的煤炭買(mǎi)賣(mài)中，買(mǎi)賣(mài)雙方對(duì)于煤炭的質(zhì)量并不了解，這就需要一個(gè)有資格、有權(quán)威、獨(dú)立于貿(mào)易關(guān)系人之外的第三者，對(duì)煤炭進(jìn)行檢驗(yàn)。第三方機(jī)構(gòu)也需要實(shí)時(shí)更新方法設(shè)備，才能提高正確率，提高工作效率。常規(guī)的煤炭檢驗(yàn)包括全水分，工業(yè)分析，全硫和發(fā)熱量。

1　全　水

煤的的內(nèi)在水和外在水之和稱(chēng)為煤的全水分，它代表剛開(kāi)采出來(lái)，或者使用單位剛剛接收到，或即將投入使用的狀態(tài)下的煤的水分[3]。它影響著煤的使用、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

在GB/T 211-2007中規(guī)定了測(cè)定煤中全水分的方法，包括通氮干燥法(方法A1和方法B1)，空氣干燥法(方法A2和方法B2)和微波干燥法(方法C)。前兩種方法測(cè)試周期較長(zhǎng)，受外界干擾大，準(zhǔn)確率較低，特別不適用于快速測(cè)定。而微波干燥法是利用微波加熱原理使煤中的水分被加熱蒸發(fā)，優(yōu)點(diǎn)是由內(nèi)向外的干燥。它的測(cè)試周期較短，更加適合第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試[4]。但是微波干燥法并不適合所有的煤種。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)已研究了其他方法。

常翠英等[5]采用SDTGA300紅外加熱水分儀測(cè)定了不同煤樣中的全水分。該儀器利用電磁輻射傳熱原理，采用紅外加熱管直接加熱被干燥物，速度快，而且不產(chǎn)生電效應(yīng)，更加安全。張輝等[6]介紹了光波法測(cè)定煤中全水分的方法，比較了光波法和通氮干燥法測(cè)定煤中全水分的準(zhǔn)確度。在光波法中，光波可以使煤樣在較短的時(shí)間內(nèi)快速升溫，內(nèi)外能量同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且受熱均勻，從而使水分快速蒸發(fā)，煤樣得到干燥。研究表明，光波法測(cè)定煤中全水分操作簡(jiǎn)單，測(cè)試周期較短，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2　工業(yè)分析

煤的工業(yè)分析是指水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳4項(xiàng)特性的指標(biāo)檢測(cè)的總稱(chēng)[7]。在GB/T 212-2008中規(guī)定了煤的工業(yè)分析方法，主要是利用恒溫干燥箱和馬弗爐對(duì)水分進(jìn)行測(cè)定。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，工業(yè)分析方法也在日益更新中。

閔凡飛等[8]采用熱重技術(shù)對(duì)多種不同性質(zhì)的煤進(jìn)行了工業(yè)分析，研究表明，熱分析技術(shù)的分析結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)方法的測(cè)試要求，且有較好的重復(fù)性。程偉等[7]研究了試樣的不均勻性、坩堝灼燒、試樣存放時(shí)間和恒溫時(shí)間設(shè)定等對(duì)熱重法測(cè)定煤的工業(yè)分析結(jié)果的影響，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

2.1水分的測(cè)定

GB/T 212-2008中規(guī)定的水分測(cè)定方法，其干燥時(shí)間約為80～130 min。而對(duì)于第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這段時(shí)間較長(zhǎng)，需要尋找一種既快速又準(zhǔn)確的方法。譚洪波[9]針對(duì)西南地區(qū)煉焦用煤，研究了快速測(cè)定煤中水分的方法。研究表明，干燥時(shí)間為20 min時(shí)，其結(jié)果與國(guó)標(biāo)規(guī)定的干燥1 h的結(jié)果最大誤差為0.04%。該誤差在工業(yè)分析允許誤差范圍內(nèi)。張雙全則研究了一種甲苯蒸餾測(cè)定水分的方法。該方法依據(jù)相似相容原理，將甲苯與水混合形成完全不互溶體系，然后加熱至甲苯沸騰。用水分測(cè)定管收集氣相，經(jīng)冷凝管冷凝，然后自然分層。甲苯為油相，位于上方。水分為水相，位于下方。由冷凝水的體積便可計(jì)算出煤樣的水分含量。該法測(cè)定時(shí)間短，便于操作，測(cè)定結(jié)果精密度高，重現(xiàn)性好。但由于甲苯是毒性有機(jī)溶劑，不適于企業(yè)、學(xué)校和檢測(cè)單位等對(duì)煤樣進(jìn)行水分的測(cè)定[10]。

2.2灰分的測(cè)定

GB/T 212-2008中規(guī)定煤中灰分的測(cè)定方法如下：將一定質(zhì)量的煤樣放入815 ℃的馬弗爐中，在充足氧氣的環(huán)境下灼燒，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢查性灼燒[11]。該法準(zhǔn)確、可靠，但是快速灰化需要1～2 h，緩慢灰化需要3 h左右，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。張貴紅[12]通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)理分析，對(duì)灰分的測(cè)定方法進(jìn)行了改進(jìn)探討。結(jié)果表明，815 ℃/60 min/1.0000 g，850 ℃/45 min/1.0000 g，750 ℃/45 min/0.5000 g，800 ℃/45 min/0.5000 g，815 ℃/45 min/0.5000 g的試驗(yàn)條件下，時(shí)間可分別控制在90 min和70 min，較國(guó)標(biāo)上的快速灰化法(2.5 h)縮短了分析時(shí)間，提高了工作效率。

2.3揮發(fā)分的測(cè)定

揮發(fā)分是指煤在規(guī)定條件下，隔絕空氣加熱，并進(jìn)行水分校正后的揮發(fā)物的產(chǎn)率[7]。揮發(fā)分的測(cè)定十分嚴(yán)格，改變?nèi)魏卧囼?yàn)條件都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)不同程度的影響。加熱溫度、時(shí)間和速度是影響揮發(fā)分測(cè)定的主要因素[13]。此外馬弗爐型號(hào)和大小、坩堝的材質(zhì)和尺寸以及坩堝架的大小和材質(zhì)都會(huì)不同程度地影響測(cè)定結(jié)果。要準(zhǔn)確掌握規(guī)定的加熱溫度，就必須保證馬弗爐實(shí)際溫度與指示溫度一致，因此，必須對(duì)馬弗爐進(jìn)行定期校正。

3　全硫的測(cè)定

在 GB/T 214-2007 中，測(cè)定全硫的方法主要有高溫燃燒中和法、庫(kù)倫滴定法和艾氏卡法[14]。其中庫(kù)侖滴定法測(cè)硫自動(dòng)化程度較高，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)果比較準(zhǔn)確[15]，因此用該法測(cè)定全硫在煤質(zhì)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。

庫(kù)侖滴定法，是煤樣在 1150 ℃的高溫爐內(nèi)，經(jīng)催化劑WO3的催化，在凈化過(guò)的空氣流中充分燃燒，煤中的硫生成硫氧化物，并被空氣流帶到電解池中。其中SO2被碘化鉀溶液吸收，以電解碘化鉀溶液所產(chǎn)生的碘進(jìn)行滴定，根據(jù)電解所消耗的電量可計(jì)算出煤中的全硫含量[14]。王穎等[16]采用KZCL-3快速智能測(cè)硫儀測(cè)定煤中的硫含量，該儀器以庫(kù)倫滴定法為原理，試驗(yàn)結(jié)果表明，庫(kù)侖滴定法測(cè)定周期短，操作簡(jiǎn)單方便，測(cè)定結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度高。

在GB/T 25214-2010《煤中全硫測(cè)定 紅外光譜法》中介紹了紅外光譜法。該方法是煤樣在1300 ℃的溫度下在氧氣中燃燒分解，然后氣流通過(guò)玻璃棉和高氯酸鎂進(jìn)入紅外檢測(cè)池，SO2由紅外檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)定。紅外光譜測(cè)定法精密度和準(zhǔn)確度高，測(cè)定時(shí)間短，適于大批量的樣品測(cè)試，是一種新興的快速測(cè)硫法。

4　熱值的測(cè)定

煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒產(chǎn)生的全部熱量，是衡量煤質(zhì)的最重要指標(biāo)之一[10]。發(fā)熱量的高低，直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行及成本。測(cè)定發(fā)熱量所用到的儀器就是量熱儀。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，量熱儀型號(hào)越來(lái)越多，功能越來(lái)越強(qiáng)大。例如ZDHW-2002智能量熱儀，該儀器由單片機(jī)進(jìn)行控制，可自動(dòng)點(diǎn)火，溫度和時(shí)間可從液晶顯示屏中查看，測(cè)試完成后可自行打印數(shù)據(jù)，一個(gè)煤樣的測(cè)試周期大概15 min左右，操作起來(lái)十分方便快捷，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。ZDHW-2全自動(dòng)量熱儀，也是由單片機(jī)來(lái)控制的，此單片機(jī)較ZDHW-2002智能量熱儀的單片機(jī)高級(jí)。該儀器在自動(dòng)點(diǎn)火的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)向筒內(nèi)充水，自動(dòng)調(diào)節(jié)水溫的功能，全部智能化，并配有串口打印機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果一目了然，根據(jù)需要利用USB接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。還有ZDHW-6A微機(jī)全自動(dòng)立式量熱儀，ZDHW-8微機(jī)雙控量熱儀，ZDHW-2A全自動(dòng)立式量熱儀，ZDHW-6微機(jī)全自動(dòng)量熱儀，還有SDC系列量熱儀、SDCAM、SDCM系列量熱儀等等。

5　結(jié)　論

本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)煤炭常規(guī)分析項(xiàng)目包括全水分，工業(yè)分析，全硫和發(fā)熱量的方法，儀器設(shè)備進(jìn)行了歸納、總結(jié)。但仍有一些方法由于篇幅問(wèn)題沒(méi)有歸納，還需要繼續(xù)討論。

[1]于鯨,楊潔,朱振忠. 如何提高煤質(zhì)分析的準(zhǔn)確性[J].煤炭加工與綜合利用，2010(5):46-48.

[2]周達(dá)，蘭振富.影響煤質(zhì)分析準(zhǔn)確度的因素分析[J].科技資訊，2011(13):127.

[3]沈益駿.影響煤炭全水分測(cè)定因素研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012(5):12-13.

[4]宋玉紅.煤中水分的快速測(cè)定[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2012(3):275.

[5]常翠英,左守寬,冀云柱.紅外水分儀測(cè)定煤中全水分的應(yīng)用與探討[J].煤質(zhì)技術(shù)，2014(1):33-37.

[6]張輝,賴(lài)志斌.光波法測(cè)定煤中水分的探討 [J].煤質(zhì)技術(shù)，2011(4)：39-40.

[7]程偉,王平.熱重法測(cè)定煤工業(yè)分析的影響因素和對(duì)策 [J].煤質(zhì)技術(shù)，2012(2):27-30.

[8]閔凡飛,張明旭.淺談TG法在煤的工業(yè)分析中的應(yīng)用 [J].選煤技術(shù)，2004(6):11-12.

[9]譚洪波.煤中水分的快速測(cè)定 [J].燃料與化工，2011,42(1):27-28.

[10]張亞楠.煤質(zhì)分析在煤化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[D].烏魯木齊:新疆大學(xué)碩士論文，2013.

[11]宋新艷.煤中灰分測(cè)定影響因素的探討[J].山東冶金，2004(3)：51-53

[12]張貴紅.煤工業(yè)分析中灰分測(cè)定方法的改進(jìn)探討[J].煤質(zhì)技術(shù)，2010(3):20-23.

[13]張俊華.淺談提高煤的工業(yè)分析準(zhǔn)確度[J].陜西煤炭，2002(3):28-29.

[14]GB/T 214-2007．煤中全硫的測(cè)定方法[S].

[15]徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[16]王穎，李翠紅，李寶龍，庫(kù)侖滴定法測(cè)定煤中硫[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009(14):108-111.

Review on New Methods and Equipment for Coal Quality Analysis

WANGJian-ying

(Tangshan haigang Saifu Fuel Inspection and Test Corporation Ltd., Hebei Tangshan 0636011, China)

Science and technology changes every day, and new determinations and new equipment emerge of coal analysis are endless. The coal quality analysis is the objective basis to judge the quality of coal. In order to improve the accuracy, precision and work efficiency of coal quality analysis, the scientific research unit and the third party inspection agency needs to master the latest determinations, introduce advanced equipment. The methods of coal quality analysis in international standards and the exploration of new methods and equipment in China were reviewed for peoples’ reference.

total moisture; proximate analysis; total sulfur; calorific value

王劍英(1988-)，女，碩士研究生，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，主要從事煤炭檢測(cè)。

TQ533

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1001-9677(2016)07-0040-02