煤炭中外水分對發熱量的影響探討

馮偉（內蒙古電力科學研究院，內蒙古 呼和浩特010020）

0 引言

隨著市場經濟的快速發展，人們對煤炭的需求量越來越多，相關人員也開始重點關注煤炭行業的發展及其影響因素。為了提高煤炭的質量，很多專業人員開始研究煤炭中外水分對發熱量的影響，努力將發熱量提升到理想狀態。從專業角度來說，煤炭發熱量的高低與煤化程度有很大關系，而煤化程度正是由外水分的含量決定的。如果煤化程度越高，就代表外水分含量越低，最終導致煤炭發熱量越高。而外水分，則是煤炭中含有的水分減去內水分，它與煤炭發熱量成反比關系，指標值越大，發熱量就越低。我們生活中常見的一種提高煤炭質量的方法是水洗煤，這也是比較普遍使用的一種方法，但是，這種方法的最大缺點是會損失煤炭的質量。水洗煤其實是通過對煤炭進行清洗，水分保持不變，灰分減少，從而提升煤炭的品質。如果一直沿用這種方法，用水清洗煤炭，質量會大幅度下降，雖然煤炭發熱量得到了提升，但還是存在很多漏洞，需要深入分析，找到比較好的解決辦法。

1 煤炭發熱量研究的必要性

研究表明，煤炭的發熱量越高，熱效率就越高，煤炭消耗量也就越多，所以我們為了節約煤炭使用量，就要討論煤炭發熱量。煤炭在發熱的過程中，是因為內部物質發生了改變，利用自身的燃燒轉化為熱能，外水分在這時會呈現出大量下降的趨勢。結合實際的情況來看，煤炭在成形過程中，灰分不能超過10%的原煤的發熱量，最晚煤化程度最低的泥炭發熱量最低。這樣的情況對煤炭發熱量的降低沒有任何幫助，因為在這個過程中煙煤還會發熱量增加，雖然揮發質量在減少，但還是要控制煤炭的發熱量。

2 煤炭發熱量研究提出的問題

2.1 煤炭發熱量的各項指標

目前，煤炭發熱研究主要聚焦在熱量產生的問題，這跟煤化程度相關，腐酸值相對來說會呈下降趨勢，從而提高煤炭的發熱量。從另一個角度來說，當煤炭中的水分在上升時，煤化程度就越來越低，促使煤炭中的其他含量與之增加，帶來的結構就是煤炭發熱量下降。以上分析，就能很好的說明了我們之前得出的結論：指標越大，煤炭發熱量越低。在實際的煤炭使用過程中，經常使用水洗煤的方式，目的都是為了提高煤炭的質量。雖然這種過程中，煤炭的重量會面臨一部分的損耗，但是它很好的保障了煤炭中水分含量的平衡，使灰分部分減少。不管怎么說，水洗煤仍然是一種有利的方式，在一定程度上降低了煤炭的發熱量，提升了煤炭的品質，使廣大人民群眾放心使用。

2.2 發熱量影響因素及機理

所謂煤炭的發熱量，它是指一定質量的煤炭，當完全燃燒時產生的熱量。即使是同一批次的煤炭，在不同的燃燒條件下。發熱量也不相同。而且，根據不同的燃燒條件，我們還將發熱量分為以下幾種，彈筒發熱量、高位發熱量以及低位發熱量；再根據煤樣的狀態進行劃分，發熱量又有以下幾種表達形式，常用到的是空氣干燥基和收到基。這幾項指標又可以互相疊加，構成新的指標函數。

發熱量的影響機理如下：煤樣經過高溫燃燒后，本身會發生一系列的化學反應，既有我們常見的放熱反應，也有少部分的吸熱反應。發熱量數值的高低完全取決于煤炭中可燃物的含量，還有其他揮發成分，S 和H 是極易可燃的元素代表。另外，煤炭中水分在燃燒過程中會產生物理變化，經過汽化吸收空氣中的大部分熱量，從氣態變化為液態又會放出熱量。吸收的熱量和放出的熱量達到平衡狀態，所以，這點就驗證了煤炭中水分的化學反應并不是造成發熱量降低的原因。通過其他的真實案例，總結出了影響煤炭中發熱量降低的真正原因，煤樣的水分較大，才會使發熱量測定結果偏低的主要原因。

3 煤炭發熱量問題分析

3.1 外水分的變化

在煤炭產生熱量的同時，不僅會有外觀上的改變，而且煤炭質量也會發生明顯下降，其中水分與灰分的變化直接影響著煤炭的發熱量。為了更明確的闡述這幾個指標之間的比例關系，我們即將通過以下舉例進行論證：首先，做一個假設，現在有四項固定的指標，分別是煤炭質量、水分、灰分以及固定碳，在討論比例關系時，盡量排除其他因素的干擾。然后，取一定質量的煤炭，通過測試得到它的發熱量，而且還必須要保證得到的發熱量是由固定碳產生的。我們再對水分和灰分進行監控，一旦這兩個指標發生波動，必然會引起煤炭質量的變化，最終就會帶動固定碳的數值與其他指標比例下降。同理可得，如果水分先發生變化，那也會影響煤炭的發熱量變化，為了能更加直觀的感受變化現象，我們接下來進行具體事例分析。

第一步，我們將默認為水分、灰分、固定碳三者之和為煤炭質量，記錄下煤炭產生的熱量，經過沖洗之后，可能會出現兩種結果。一種是煤炭質量不發生改變，經過分析可以得到，經過水沖洗以后，煤炭增加的水分與水沖洗掉的灰分在質量上是相等的，固定碳也不會發生改變。如果實驗條件又完全相同，灰分含量降低，水分不變，那么固定碳在整個含量的比例中就隨之增加。另外一種情況就比較復雜了，煤炭質量可能會上升，也可能會下降，先來討論質量上升的情況。煤炭質量在經過沖洗后增大，這種情況下是因為煤炭中的水分發生變化，使外灰分被水沖洗。如果煤炭質量在經過沖洗后減小，則是因為外灰分的質量雖然被水沖洗了，但是剩余在煤炭中的質量仍然大于水分質量。水分在煤炭中屬于無用的物質，需要在高溫燃燒下才會揮發出來，但正好是揮發的過程中影響了煤炭的發熱量。

3.2 指標選擇

實驗室實際測得的發熱量是空干基彈筒發熱量，其他的發熱量都是由此計算出來的，計算過程中會自動扣除H、S、N等元素的影響，在不同基準下進行轉換。一般的計算過程，這些元素會造成不同程度的影響，帶來發熱量的誤差，從而降低了煤炭質量的評價。所以，在工業生產中，盡量要避免這些因素的影響，選擇合適的指標。同時，想要做到這些，就得滿足前提條件：即煤樣在制備過程中必須進行充分的干燥，這樣才能保障煤樣達到干燥狀態，從而減小煤樣含水量對發熱量的影響。南北方的氣候差異，空氣的濕度不同，分析煤樣的數據時需要注意到這一點，最終還是要以彈筒發熱量為準。為了適應不同地區的環境濕度和制樣條件，主要還是為了消除水分對煤樣發熱量的影響，常常換用其他指標，穩定分析發熱量的變化。控制指標是為了更精準的把握煤炭發熱量的變化，尤其是外水分的影響，因此干燥基彈筒發熱量成為煤炭質量的主要指標。

但是，就算以上討論的都是有利于發熱量降低的案例，我們仍然不能忽略的一個問題是，以上都屬于理論假設，在工業生產實際操作情況中，很難會有同一批次的煤炭，至于操作條件控制起來也具有一定的難度。水洗煤的過程中勢必會引起煤炭中水分、灰分的變化，甚至是煤炭中其他的硫元素、氫元素揮發減少。所以，理論分析只能作為單方面的參考，具體情況還是應該以實際操作過程為準。

4 結語

綜上所述，在實際操作過程中不僅要保證研究過程中煤炭的質量，還要綜合考慮到其他影響因素，尤其是煤炭中外水分對發熱量的影響。用水沖洗的方式，雖然會讓煤炭質量有所下降，但是如果能控制好空氣干燥條件，確保煤炭中的水分和灰分，以及煤炭中固定碳的含量，就能有效降低發熱量。所以，相關人員必須高度重視這一問題，利用當前的技術提高煤炭質量，將煤炭行業創新發展，造福于人們群眾。