煤炭揮發分校正方法探討

◎段倩

在煤質化驗工作實踐中，煤中碳酸鈣、碳酸鎂和碳酸亞鐵等，在加熱到高溫時會分解放出CO2，一方面會使煤中揮發分產率及元素分析中的碳測定值偏高，另一方面由于碳酸鹽分解是吸熱反應，會造成煤的發熱量測定值偏低。因此要想得到準確的分析項目測定結果，必須對其進行相應測定和校正，特別是當煤中碳酸鹽CO2含量超過2%時，必須進行校正。

本文就工作實踐中碳酸鹽CO 的校正問題提出一些個人看法。

一、碳酸鹽CO2 含量對揮發分產率的影響

先看個實際應用的例子：某空氣干燥基煤樣的Mad=1.18%，（CO2）ad=3.16%。稱1.0000g 煤樣經完全燃燒后殘渣重0.1618g；稱1.0000g 煤樣在隔絕空氣條件下于900℃加熱7 分鐘，殘渣稱重為0.8818g。試問該煤樣的Vdaf和FCdaf各為多少？

假定煤中的碳酸鹽CO2不作為揮發分的組分，計算如下：

Aad=0.1618×100÷1=16.18（%）

Vad=（1－0.8818）×100÷1－1.18－3.16=7.48（%）

FCad=100－1.18－16.18－3.16－7.48=72.00（%）

Vdaf=7.48×100÷（100－1.18－16.18－3.16）=9.41（%）

FCdaf=72×100÷（100－1.18－16.18－3.16）=90.59（%）

Vdaf和FCdaf相加正好是100%

按現行國標的校正方法計算如下：

Aad=0.1618×100÷1=16.18（%）

Vad=（1－0.8818）×100÷1－1.18=10.64（%）

FCad=100－1.18－16.18－10.64=72.00（%）

FCdaf=72×100÷（100－1.18－16.18）=87.125（%）

Vdaf=（10.64－3.16）×100÷（100－1.18－16.18）=9.051（%）

而Vdaf和FCdaf相加為96.176%小于100%

接著計算（CO2）daf：

（CO2）daf=3.16×100÷（100－1.18－16.18）=3.824（%）

Vdaf、FCdaf和（CO2）daf三者相加正好是100%

二、影響因素分析

通過以上計算我們可以看出：

1. 當煤中碳酸鹽CO2含量不小于2%時，前者的計算方法考慮到煤中碳酸鹽CO2主要是由煤中的外來成分無機礦物質產生的，不僅不能作為揮發分的有效組分，而且在進行干燥無灰基的換算時也應進行校正。采用前者的計算方法最后得出的Vdaf和FCdaf兩者相加是100%，說明了干燥無灰基煤就是由碳元素組成的固定碳和在隔絕空氣條件下高溫熱解產生的低分子碳氫化合物等成分構成的揮發分所組成，而煤中可以利用的也正是這兩種組分，這是對干燥無灰基煤的正確理解。

2. 后者的計算方法在計算空氣干燥基揮發分時包含了煤中的碳酸鹽二氧化碳，這和現行標準中揮發分的定義相吻合，但碳酸鹽CO2大多是煤中的外來物質——碳酸鈣、碳酸鎂和碳酸亞鐵等分解生成的，是煤中不可以利用的成分，把它包含在揮發分組成之中顯然不合適。

3.后者的計算方法在計算空氣干燥基揮發分時沒有減去煤中的碳酸鹽CO2，而在計算干燥無灰基揮發分時把煤中的碳酸鹽CO2作為不可燃成分從公式的分子中去掉，而分母中沒有減去（CO2）ad一項，這樣做的后果是Vdaf、FCdaf和（CO2）daf三者相加為100%，說明干燥無灰基煤在碳酸鹽CO2含量不小于2%時包含了三種組分：揮發分、固定碳和碳酸鹽CO2。因此，當煤中碳酸鹽CO2含量不小于2%時，以干燥無灰基為基準的煤應包括揮發分、固定碳和碳酸鹽CO2三部分。這是現行新國標對其的解釋

4.現行標準在計算FCad時，不考慮煤中碳酸鹽CO2在含量不小于2%時對它的影響，因此Vad已包含了碳酸鹽CO2。

5.通過對兩種方法計算的Vdaf值的比較可以發現，后者計算值小于前者計算值，因此，用后者計算值作為參考值來判斷煤炭分類，會造成一定的影響，而煤炭分類一般采用的是浮沉后的精煤，精煤的Vdaf更接近于前者的計算方法的計算值。

三、校正思路

通過以上分析，可以看出煤的揮發分只與煤中的有機質有關，而與煤中的外來成分即水分和礦物質無關，這樣在計算揮發分時要進行三部分的校正：

1.應進行空氣干燥基水分的校正；

2.當煤中碳酸鹽CO2含量不小于2%時對其校正；

3. 對測定空氣干燥基水分時沒有測出的那部分游離水和結晶水進行校正。

雖然計算出的干燥無灰基揮發分依然是個近似值，但已比較接近煤的真實值。當煤中碳酸鹽CO2含量不小于2%時，建議采用以下方法校正：

1.當煤中碳酸鹽CO2含量在2%到12%之間時

Vad=m1/m×100-Mad-（CO2）ad

Vdaf=Vad/（100-Mad-Aad-（CO2）ad）

FCad=100-Mad-Aad-Vad-CO2）ad

FCdaf=FCad/（100-Mad-Aad-（CO2）ad）

2.當煤中碳酸鹽CO2含量大于12%時

Vad=m1/m×100-Mad-[（CO22）ad-（CO2）ad（焦渣）]

Vdaf=Vad/（100-Mad-Aad-[（CO2）ad-（CO2）ad（焦渣）]）

FCad=100-Mad-Aad-Vad-[（CO2）ad-（CO2）ad（焦渣）]

FCdaf=FCad/（100-Mad-Aad-[（CO2）ad-（CO2）ad（焦渣）]）

公式中：m 為一般分析試驗煤樣的質量；m1 為煤樣加熱后減少的質量。

這樣修改后，煤的揮發分和固定碳受煤中外來物質——水分和礦物質的影響已降到最低程度，可以比較準確的得到揮發分的測定值和固定碳的計算值。