燃煤揮發分測定須細須精

單永林(國家能源費縣發電有限公司，山東 臨沂 273421)

0 引言

揮發分是火電廠燃料用煤質量的重要指標，對鍋爐運行的安全性和經濟性有直接影響。煤的揮發分不是煤中固有的組成部分，不同的溫度有不同的分解產物，其揮發分產率也是不同的。揮發分在我國被定義為：煤在(900±10)℃下隔絕空氣加熱7min，進行水分校正后的質量損失。其測定規范性強，試驗條件的微小改變都會對測定結果帶來影響。

揮發分的準確測定，工作中應該從人、機、料、法、環等方面進行控制，如人員操作、馬弗爐狀態、煤樣規格、質量控制等。本文主要結合這些方面對煤揮發分測定的注意事項進行探討。

1 馬弗爐爐溫及恒溫區

煤樣在隔絕空氣的情況下加熱，不同的溫度決定著煤樣將發生不同的變化。爐溫低煤樣揮發不完全，當爐溫從850℃提高到900℃時揮發分會大幅增加，從900℃提高到950℃，揮發分變化不大，溫度再高則固定碳容易氧化。

由此看來，揮發分的測定溫度必須嚴格控制，馬弗爐的爐溫和恒溫區就對揮發分結果的測定起著關鍵作用。GB/T 212—2008[1]中對馬弗爐需滿足的條件進行了詳細闡述：能保持溫度在(900±10)℃，并有足夠℃的(900±5)℃的恒溫區。馬弗爐的爐膛熱容量為當起始溫度為920℃左右時，放入室溫下的坩堝架和若干坩堝，關閉爐門后在3min內恢復到(900±10)℃。爐膛恒溫區至少每年測定一次，應該在關閉爐門的狀態下測定。高溫計至少每年校準一次。在測定揮發分時要確保馬弗爐處于校準有效期內，確保爐溫準確和有確定的恒溫區。

目前火力發電廠對煤化驗的重視程度越來越高，煤化驗的設備也在不斷地升級換代，而且各種設備的強制鑒定、定期維護都會列到工作日程里。工作中設備是否正常運行、備品配件的規格質量都是影響化驗速度、化驗結果的又一要素。因此要保證管理制度全面、監督工作到位，選擇質量可靠、性能穩定、售后服務水平高的設備及備件是必不可少的。

2 坩堝及坩堝架

不同材質的坩堝導熱系數是不同的，此外坩堝容器的大小和容器壁的厚薄對在短的時間內發生較大溫度變化時的升溫速度產生的影響也不同。因此國標對揮發分坩堝的材質及規格等做了詳細規定。操作中應特別注意檢查坩堝是否有裂縫、坩堝與坩堝蓋配合是否嚴密。如果空氣侵入坩堝會使煤樣氧化，導致揮發分的測定結果偏高，試驗應作廢。

試驗發現：坩堝為(15～20)g重時對揮發分的結果沒有太大影響，當質量大于20g時揮發分會隨坩堝質量的增加而降低。目前市場采購到的坩堝質量變化較大，閆濤[2]研究了坩堝質量對不同煤種的影響，研究表明：坩堝質量對煙煤和褐煤的揮發分測定結果有系統性影響。坩堝質量越大，揮發分測定值越低；坩堝質量差異越大，揮發分測定結果之間的系統誤差越大；無煙煤使用(20～22)g的坩堝測定揮發分，對結果沒有顯著影響；褐煤不能使用質量大于20g的揮發分坩堝測定。

坩堝架要耐高溫、不掉皮，使用鎳鉻絲或其他耐熱金屬絲制成，其尺寸能夠將所帶坩堝都置于馬弗爐恒溫區內、坩堝底部置于熱電偶熱接點上方。孔徑要符合要求，太大坩堝易晃動，不能保持垂直站立，太小灼燒后坩堝會和架子粘連在一起，導致報廢。

為保證爐膛熱容量一致，每次試驗應配置相同數目的坩堝，當樣品量較少時可用空坩堝補齊。何德秀[3]研究了放置坩堝的數量與測定結果的關系。經試驗驗證，發現檢測過程中所放坩堝數量不同，測定結果亦有偏差，數量變化越大，結果偏差也越大。

3 一般分析試驗煤樣

只有嚴格按照規定制取的煤樣，其測定結果才具有真實性和代表性，才能表明該批次煤的真正質量和價值。化驗員應該按要求對接收煤樣進行化驗前的重量、粒度檢查以及空氣干燥、混勻等工作。

一般分析試驗煤樣的粒度要求是百分之百過0.2mm篩。如果樣品粒度不符合要求將直接影響結果的精密度和準確度。此外在檢測過程中要確保煤樣在所處環境內達到空氣干燥狀態，避免在檢測過程中水分發生較大變化。揮發分是煤樣在規定條件下隔絕空氣加熱并進行水分校正后的質量損失。因此水分測定的準確性和實效性對檢測結果有直接影響，不同煤種水分差異較大；同一煤種，在不同環境條件下，水分也不同。這點對于水分含量較大的煤樣要特別注意。

4 人員操作環節

揮發分是一項人為設定條件下的規范性操作，其涉及的細節非常多，每個細節都可能影響測定的準確性，因此人員操作就起著非常重要的作用。化驗員應具備非常嚴謹負責的工作態度，掌握國標的相關要求，結合自己的相關經驗等保證操作環節符合規范性要求。

4.1 稱樣環節

稱樣時選取的坩堝必須是在900℃灼燒到質量恒定且干燥又符合嚴密要求的坩堝。化驗環節的主要誤差來自于從樣品中稱取一定量煤樣的過程。為保證稱取的煤樣具有代表性，稱取樣品前要將煤樣充分混合均勻，并且要做到多次多點取樣。稱取的質量范圍為(1±0.01)g，稱準至0.0002g。稱完煤樣后要輕輕震動坩堝，使煤樣攤平，有利于試樣受熱均勻及焦渣特征的判斷。此外在稱樣環節還要注意天平水平位置的調節、天平的規范使用等。

4.2 揮發分操作環節

國標中規定將帶有坩堝的坩堝架送入恒溫區，立即關上爐門并計時，要求爐溫在3min內恢復至(900±10)℃，并保持在(900±10)℃，加熱時間總計7min。由此可知加熱溫度、加熱時間、升溫速率是影響揮發分測定結果的重要因素，與化驗員的操作有直接的關系，必須熟練、規范。

加熱溫度直接影響揮發分測定結果，要確保揮發分坩堝架放在馬弗爐恒溫區位置，坩堝架中心位置與恒溫區中心位置重合。當坩堝架放置位置靠近馬弗爐爐門時，相比于爐膛恒溫區中心，部分樣品的測定結果偏低。

加熱時間要嚴格控制在7min，馬弗爐在6分30秒時會有警鳴聲，此時化驗員要注意把握取樣時間，建議不要等到7min警鳴時響時才取樣。

升溫速率與化驗員的放樣快慢有直接關系，是影響揮發分測定的重要因素。操作者的熟練程度不同，爐溫的回升時間不同，就會導致測定結果的差異。高淑香[4]研究發現，控制溫度恢復時間在(120～150)s為宜。放樣動作過慢就很難保證爐溫在3min內回溫升到(900±10)℃。

另外，坩堝架取放時手臂要保持架子平穩，否則容易使坩堝在架子上發生傾斜，蓋子蓋不嚴密現象。

4.3 冷卻過程及時間控制

坩堝從馬弗爐取出后，在空氣中冷卻約5min左右放入干燥器中，20min后稱量。在空氣中冷卻時間過長會導致焦渣吸水，測定結果偏低。

目前煤化驗員持證上崗已經是企業強制性考核指標，工作中由于化驗員的認知以及性格特點等的不同，對工作細節的觀察處理就會出現差異，對于操作注意事項應該在全面掌握的要求下因人而異重點關注。

5 試驗過程中的質量控制

為保證實驗結果的準確性，在揮發分測定環節要注意做好質量控制。一般情況下要求定期使用有證標準煤樣進行質量控制，標準煤樣檢測結果在標準值的不確定度范圍則說明檢測結果可靠。前提要求是標準煤樣揮發分與待測煤樣揮發分相近或涵蓋待測煤樣揮發分范圍。如果標煤揮發分標準值與樣品偏差較大，雖然能保證與標煤結果相近的煤樣結果的準確性，但其他樣品的檢測結果的準確性仍存在一定風險性。因此，可以通過統計馬弗爐標準煤樣的檢測結果制作質量控制圖，利用質量控制圖長期檢測數量來判斷馬弗爐狀態是否可控。

6 其他的注意事項

煤化驗工作是一個對工作環境要求相對比較高的工作。比如為保證天平的正常使用，設備擺放的空間位置、工作臺面的材質要符合設備使用要求；試驗過程中要保證環境溫濕度在合適范圍內，避免引起煤樣空氣干燥狀態不穩定；要消除房間空氣流動狀況、周圍環境震動等對天平的準確稱量帶來的影響等等。

當測定低變質程度的煤如褐煤和長焰煤時，由于它們的水分和揮發分都很高，如果煤樣呈現較松軟的狀態下放入900℃的爐溫中加熱，揮發物會驟然大量析出，把坩堝蓋蓋頂開并將碳粒帶走，且煤樣氧化嚴重，造成測定結果偏高。因此對于加熱易爆燃的煤應預先壓餅，并切成約3mm的小塊進行測定，而且盡量避免一次放入坩堝架的6個煤樣都是揮發分較高的煤樣。

煤樣重復性測定應分兩爐次，樣品數量不足時空位用空坩堝補齊。

揮發分測定時要確認馬弗爐的狀態，確認為揮發分測試狀態，爐門要關閉，煙囪要呈關閉狀態。

干燥器內的干燥劑要及時更換，避免干燥劑失效試樣吸收水分導致測試結果偏低。

7 結語

現行國標是一切規則制訂的溯源文件，無論采用何種化驗方法都應該通過比對試驗進行精密度和準確度確認，而且必須有質量監控的跟進過程。人、機、料、法、環是全面質量管理實踐中五個影響因素的簡稱，在揮發分的測定過程中穿插融合，潛移默化地進行著全面質量監控。化驗員在工作中應該回歸質量本源，聚焦質量提升，從細節入手多環節控制，才能切實保證揮發分檢測結果的準確性。