劉 娜

(寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司 發(fā)電部，寧夏 青銅峽 751607)

0 引言

煤的化學(xué)組成由有機(jī)的烴類物質(zhì)和無機(jī)礦物質(zhì)組成。水分是一項(xiàng)重要的煤質(zhì)指標(biāo)，它在煤的基礎(chǔ)理論研究和加工利用中都具有重要的作用。并且水分的變化會(huì)造成其它組分的含量和熱值的變化。煤的水分通常分內(nèi)水和外水兩種，內(nèi)水與煤質(zhì)有關(guān)，而外水則是一個(gè)變量，有大有小，差別很大，通常來說，水分高不是一件好事。在煤炭貿(mào)易上，煤的水分是一個(gè)重要的計(jì)質(zhì)和計(jì)量指標(biāo)，在煤炭分析中，煤的水分是進(jìn)行不同基的煤質(zhì)分析結(jié)果換算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。煤的發(fā)熱量是指每單位質(zhì)量的煤完全燃燒所產(chǎn)生的熱量，是表征煤炭各種特性的的綜合指標(biāo)。發(fā)熱量測定在煤質(zhì)分析中是一個(gè)操作復(fù)雜、影響因素較多的項(xiàng)目，特別是環(huán)境因素，國標(biāo)規(guī)定：室內(nèi)溫度要恒定、有恒溫措施、室內(nèi)無空氣對流、測發(fā)熱量與測熱容量條件一致、有制冷設(shè)備等，測試條件非?？量?，因此，發(fā)熱量測定是一個(gè)較難掌握的項(xiàng)目，平行樣測試結(jié)果常常超差，浪費(fèi)許多人力和物力。相比而言，水分測定則容易得多。我們著力尋找煤的水分與發(fā)熱量的相關(guān)關(guān)系，從而由水分分析結(jié)果推出發(fā)熱量結(jié)果，并運(yùn)用相關(guān)關(guān)系對分析結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。

1 煤中水分的概念

煤中水分按其結(jié)合狀態(tài)可分為游離水和化合水(即結(jié)晶水)兩大類。煤中的游離水于常壓下在105～110℃的溫度下經(jīng)過短時(shí)間干燥即可全部蒸發(fā)；而結(jié)晶水通常要200℃，有的甚至要在500℃以上才能析出。在煤的工業(yè)分析中測定的水分只是游離水。根據(jù)水分存在的不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)又可分為內(nèi)在水分和外在水分2種。在實(shí)際測定中由于煤從脫去表面水到脫去內(nèi)在水是個(gè)連續(xù)而復(fù)雜的過程，二者間難以嚴(yán)格分開，因此工業(yè)分析中的表面水和內(nèi)在水不是按其理論定義來劃分的，而是按測定方法或者說是測定條件來定義的。實(shí)測的表面水和內(nèi)在水不是一個(gè)定值，它們隨測定環(huán)境的溫度和濕度等而變。水分是煤中不可燃成分，常用的有收到基水分(Mar)和空氣干燥基水分(亦稱分析水分)，在煤質(zhì)檢測活動(dòng)中報(bào)出的檢驗(yàn)值都是有基準(zhǔn)的，干燥基灰分(Ad)等一系列結(jié)果就是以假想無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，即所有干燥基結(jié)果都是通過用分析基準(zhǔn)換算出米的。水分是煤中不可燃成分，常用的有收到基水分(Mar)和空氣干燥基水分(亦稱分析水分)，煤質(zhì)分析中灰分、揮發(fā)分、全硫、碳?xì)渲?、發(fā)熱量等常規(guī)項(xiàng)目都是報(bào)出的干基或干燥無灰基結(jié)果(公司在結(jié)算時(shí)采用收到基)。

2 水分的分析方法

全水分：GB／T211-2007煤中全水分測定中，給出了5種不同的測定方法，分別為通氮(空氣)兩步法、通氮(空氣)一步法和微波干燥法(新增)5種方法，除通氮法外，其它方法對煤種都有適用性，我廠采用通空氣一步法。分析步驟：用預(yù)先干燥和已稱量過的淺盤內(nèi)迅速稱取粒度＜13mm 的煤樣(500±10)g(稱準(zhǔn)至 0.1g),平攤在淺盤中。 將淺盤放入預(yù)先加熱到105℃～110℃的空氣干燥箱中。在鼓風(fēng)條件下，煙煤干燥2h、無煙煤干燥3h。從干燥箱中取出淺盤，趁熱稱量(稱準(zhǔn)至0.01g)。進(jìn)行檢查性干燥，每次30min，直到連續(xù)兩次干燥煤樣減少的質(zhì)量不超過0.5g或質(zhì)量增加時(shí)為止。在后一種情況下，應(yīng)采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量作為計(jì)算依據(jù)。

結(jié)果計(jì)算

Mt=m1/m×100

式中：Mt——煤樣的全水分，%；

m——煤樣的質(zhì)量，g；

m1——干燥后煤樣減少的質(zhì)量，g。

報(bào)告值修約至小數(shù)點(diǎn)后一位。如果在運(yùn)送過程中水分有損失，則按下式求出補(bǔ)正后的全水分值：

Mt=M1+m1/m(100-M1)

式中：M1煤樣運(yùn)送過程中的水分損失量(%)，當(dāng)M1大于1%時(shí)，表明煤樣在運(yùn)送過程中能受到意外損失，則不可補(bǔ)正。但測得的水分可作為實(shí)驗(yàn)室收到煤樣的全水分。在報(bào)告結(jié)果時(shí)，應(yīng)注明“未經(jīng)補(bǔ)正水分損失”。并將煤樣容器標(biāo)簽和密封情況一并報(bào)告。

內(nèi)在水分：對于內(nèi)在水分的測定GB/T 212-2008規(guī)定了煤的三種水分測定方法，在仲裁分析中遇到有用一般分析試驗(yàn)煤樣水分進(jìn)行校正以及基準(zhǔn)=的換算時(shí)，應(yīng)用通氮干燥法測定一般分析實(shí)驗(yàn)煤樣的水分。測定分析水分應(yīng)在盡量短的、煤樣水分不發(fā)生顯著變化的期限(最多不超過7d)內(nèi)進(jìn)行。我廠內(nèi)水分析平時(shí)采用空氣干燥法，分析步驟：在預(yù)先干燥和已稱量過的稱量瓶內(nèi)稱取粒度小于0.2mm的一般分析實(shí)驗(yàn)煤樣(1±0.1)g，稱準(zhǔn)至0.0002g平攤在稱量瓶中。打開稱量瓶蓋，放入預(yù)先鼓風(fēng)并已加熱到(105～110)℃的干燥箱中。在一直鼓風(fēng)的條件下，煙煤干燥1h、無煙煤干燥1.5h。從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放入干燥器中冷卻至室溫(約20min)后稱量。進(jìn)行檢查性干燥，每次30min。直到連續(xù)兩次干燥煤樣的質(zhì)量減少不超過0.0010g或質(zhì)量增加時(shí)為止。在后一種情況下，采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量作為計(jì)算依據(jù)。水分在2%以下時(shí)，不必進(jìn)行檢查性干燥。

結(jié)果計(jì)算

Mad=m1/m×100

式中：Mad——一般分析試驗(yàn)煤樣水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

m——稱取的一般分析試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，單位為克g。

“我們給地方政府部門做了許多高效節(jié)水項(xiàng)目，但全額墊資做完項(xiàng)目后，地方政府部門往往回款很慢，錢大半年都回不來，經(jīng)營壓力很大?！焙紊f。

m1——煤樣干燥后失去的質(zhì)量，單位為克g；

定期會(huì)采用賽多利斯MA100紅外水分儀對內(nèi)水的測定進(jìn)行校驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理及步驟：

3 水分對入爐煤收到基低位發(fā)熱量的影響

通常我們根據(jù)分析基低位發(fā)熱量或分析基高位發(fā)熱量來計(jì)算收到基低位發(fā)熱量的公式有：

式(1)中：Qnet,v,ar——收到基煤的低位發(fā)熱量，J/g；

Qgr,ad——分析試樣的高位發(fā)熱量，J/g；

Mar——收到基全水分，%；

Mad——分析試樣的水分，%；

水量對煤收到基低位發(fā)熱量究竟是怎樣影響的，式中的Mad稱為內(nèi)在水，通常又叫固有水和分析水，它存在于煤的毛細(xì)管中，測定時(shí)，通常在50℃左右烘至恒重，以除去外水，經(jīng)粉碎后在105～110℃烘至恒重測定內(nèi)水，同一煤樣在不同的濕度下的內(nèi)水是不變的，即為常數(shù)。一般情況下，內(nèi)水通常小于3%，即100-Mad≈100，全水通常在18%以下，以＜10%居多，當(dāng)全水含量增加時(shí)，100-Mar是減小的，0.023Mar是增大的，所以，當(dāng)全水含量增加時(shí)，低位發(fā)熱量是減小的；當(dāng)全水不變，增加內(nèi)水時(shí)，100-Mad是減小的，1/(100-Mad)是增加的，所以當(dāng)增加內(nèi)水時(shí)，低位發(fā)熱量是增加的；我們知道煤在灼燒發(fā)熱時(shí)需先克服水蒸發(fā)而消耗熱量，固外水含量越高，煤收到基低位發(fā)熱量就越?。辉趦?nèi)水含量較小的情況下，煤中每1%含量的外水引起煤收到基低位發(fā)熱量的變化量約為煤分析基低位發(fā)熱量的1%。另外，煤在含有水時(shí)，應(yīng)先將水分蒸干后才能燃燒發(fā)熱，全水分增加會(huì)引起其收到基低位發(fā)熱量減少。內(nèi)水增加會(huì)引起其收到基低位發(fā)熱量增加。

全水分變化時(shí)對熱值的影響 如下表1：

表1

內(nèi)水對熱值的影響如下表2：

表2

4 煤的水分測定中應(yīng)注意的問題

4.1 對同一煤樣應(yīng)進(jìn)行重復(fù)測定(俗稱做平行樣)，這樣會(huì)避免人為因素對水分測定的影響誤差。

4.2 采集的全水分試樣應(yīng)保存在密封良好的容器內(nèi)，并放在陰涼的地方。

4.3 全水分試驗(yàn)樣品送到實(shí)驗(yàn)室后應(yīng)立即測定，試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)在空氣中冷卻2～3分鐘，然后再放入干燥器冷卻，防止稱量瓶內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓吸入潮濕空氣，使得測試結(jié)果偏低。

4.4 全水分測定的樣品不易過細(xì)。

我廠內(nèi)水分析采用空氣干燥法，需進(jìn)行檢查性試驗(yàn)，則要求我們工作人員一定要嚴(yán)格按國標(biāo)規(guī)定進(jìn)行操作，否則就會(huì)對水分的測定結(jié)果產(chǎn)生影響。

5 采、制樣過程對水分的影響

雖然水分分析過程中有那么多的影響因素，但是，這些因素產(chǎn)生的誤差同采樣、制樣不當(dāng)造成的誤差相比，所占的比例還是很小的。由于水分很容易受到外界的影響，如天氣(晴雨、氣溫高低)、裝卸運(yùn)輸過程的降塵噴淋、采樣裝置類型、采樣方式、采樣后放置時(shí)間的長短等都會(huì)對水分的測量偏差造成很大的影響，所以煤采樣后必須及時(shí)制樣，并密封保存，同時(shí)要避免噴淋或現(xiàn)場沖洗水直接進(jìn)入樣桶中。制樣過程中要減少水分變化必須注意制樣室內(nèi)空氣不能強(qiáng)烈對流，無熱源、水源，制樣操作應(yīng)該迅速，使用密封式兩分器，制好的煤樣要及時(shí)放入密封容器中保存，不能長時(shí)間敞開放置在制樣室內(nèi)。分析煤樣的干燥時(shí)間、溫度必須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，不得大于50度，制取粉樣時(shí)粉碎時(shí)間不宜過長，避免發(fā)熱煤質(zhì)氧化。煤樣破碎后粒徑大小要符合分析要求，對于破碎機(jī)要求轉(zhuǎn)速不宜過快，不產(chǎn)生強(qiáng)氣流，破碎過程不發(fā)生熱量，宜采用密封式，同時(shí)在使用前后要將腔內(nèi)殘煤清理干凈，以避免交叉污染等。

6 結(jié)論

外水含量的增加主要引起煤收到基低位發(fā)熱量的減少；全水含量增加時(shí)，低位發(fā)熱量是減小的，相反，當(dāng)全水含量減少時(shí)，低位發(fā)熱量是增加的；內(nèi)水含量增加時(shí)，低位發(fā)熱量是增加的，當(dāng)內(nèi)水含量減少時(shí)，低位發(fā)熱量是減少的。在內(nèi)水含量較小的情況下，煤中每1%含量的外水引起煤收到基低位發(fā)熱量的變化量約為煤分析基低位發(fā)熱量的1%。綜上所述，煤中水分是一個(gè)基礎(chǔ)但又十分重要的測試項(xiàng)目，由于分析簡單，二往往容易被忽略，造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。

[1]GB／T213-1996 煤的發(fā)熱量測定方法[S].

[2]李英華.煤質(zhì)分析應(yīng)用技術(shù)指南[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3]尹世安.動(dòng)力燃料分析[M].水利電力出版社.