浅谈影响煤的挥发分准确测定的几个因素

郭春艳 杨学峰

国家能源集团神东煤炭集团检测公司 内蒙古 鄂尔多斯 017209

一、概述

煤的挥发分产率与煤的变质程度有比较密切的关系,是一项重要的煤质指标。在我国煤炭分类方案中以挥发分作为第一分类指标。还是煤加工利用的重要指标,根据挥发分产率和测定挥发分后的焦渣特征可初步确定煤的加工利用途径。例如,在电力系统中,挥发分是电站锅炉设计需首先考虑的指标,是火力发电厂入厂煤计价的一个重要参数。入炉煤混配的主要依据、挥发分的高低直接影响电厂制粉系统安全运行及锅炉稳定燃烧。因此,挥发分的准确测定是非常重要的。然而,挥发分是煤的工业分析中最难测准的一个项目,影响挥发分测定的因素很多,主要有加热温度、加热时间和加热速度,设备的定期检定校准及期间核查；坩埚材质、大小、厚薄、严密性与坩埚架材质、坩埚架大小；试样的质量和粒度以及水分测定的准确度和实验操作是否规范等。

二、影响因素

(一)加热温度、加热时间和加热速度。煤的挥发分测定是一项规范性很强的实验,其测定结果完全取决于所规定的试验的条件。GB/T 212—2008中挥发分的测定5.3.2规定：将马弗炉预先加热至920℃左右。打开炉门,迅速将放有坩埚的坩埚架送入恒温区,立即关上炉门并计时,准确加热7MIN。坩埚及坩埚架放入后,要求炉温在3MIN内恢复至(900±10)℃,此后保持在(900±10)℃,否则此次试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。可以认为,挥发分是煤在无氧情况下,加热时的热分解产物,加热温度、加热时间和加热速度决定了煤中有机物和无机矿物质的分解程度。在(900±10)℃加热7MIN煤中有机物和无机矿物质的热解反应趋于完全,因而测定结果较稳定；低于规定温度,在规定时间内7MIN可能分解不完全；在规定温度(900±10)℃下如果加热时间少,分解也可能不完全；加热时间长,会在挥发分析出后,因坩埚内压力下降,空气渗入引起煤样氧化。因此,加热温度、加热速度和加热时间都是影响挥发分准确测定的重要因素。严格执行国标规定的要求,是保证挥发分产率准确的有力保障。

(二)设备的定期检定校准及期间核查。马弗炉的热电偶在使用过程中,由于受到环境条件、周围介质和热的作用以及保护管和绝缘管材料的污染等,从而使热电极出现氧化、腐蚀、晶体结构变化等现象。这些都会使热电偶的热电特性发生变化,为了获得可靠的挥发分结果,必须定期检定校准设备,否则会引起测量误差。首先应每年至少对热电偶及毫伏计进行一次校准,校准和使用热电偶时,其冷端应放入冰水或将零点调到室温,或采用冷端补偿器；其次还应对马弗炉的恒温区每年至少测定一次,测定时必须在关闭炉门的状态下进行,并保证坩埚架能够全部放置于恒温区范围内。

除进行定期检定或校准,以保证其量值的溯源性,并加以必要的维护和保养,以保证设备的有效性和可靠性。因此,大多数检测室认为,只要对仪器进行了定期检定或校准,仪器就是可靠的,出具的数据就是有效的,使仪器的期间核查成为检测室最易忽视也最不重视的环节。实际上,使用频率高、易损坏、性能不稳定的仪器在使用一段时间后,由于操作方法,环境条件,以及震动、样品污染等因素的影响,并不能保证检定或校准状态的持续可信度。因此,检测室应对这些仪器进行期间核查。针对不同仪器的特性,可使用不同的核查方法,如仪器间比对和标准物质验证等。只要检查方法有效,周期稳定,就一定能及时预防和发现不合格的仪器并避免误用,保证检测结果持续的准确性、有效性,为顾客和社会提供可信的数据和满意的服务。

(三)坩埚和坩埚架。GB/T 212—2008中挥发分的测定5.2.1对坩埚的形状、尺寸(见图3)和质量都作了规定,坩埚总质量为(15～20)G。但由于国内坩埚生产厂家众多,所产坩埚并不完全符合标准要求,坩埚厚薄不一致,坩埚盖和坩埚配合不严密,坩埚质量超过(15～20)g,尤其以坩埚与坩埚盖配合不严密影响最大,特别是对低挥发分煤。煤样加热后期,由于气体析出完毕,坩埚内压力下降,空气渗入,使煤样部分氧化,造成结果偏高。新坩埚应灼烧至质量恒定后方可使用,灼烧过的坩埚如果不立即使用应放在干燥器中备用,否则会吸收空气中水分,其影响程度与空气湿度有关。

GB/T 212—2008中挥发分的测定5.2.3对坩埚架的要求：用镍铬丝或其他耐热金属丝制成。其规格尺寸以能使所有的坩埚都能在马弗炉的的恒温区内,并且坩埚底部紧邻热电偶热接点上方。坩埚架应耐高温,试验中不能掉皮,而且孔要符合国标要求。太大坩埚易晃动；太小灼烧后由于热胀冷缩的缘故,坩埚会被坩埚架挤碎。为保持热容量一致,每次实验时,坩埚架上应放相同数量的坩埚。

(四)作业过程规范。煤的挥发分产率,是煤在(900±10)℃隔绝空气加热7MIN,并经水分校正后的质量损失。因此煤中的水分(MAD)直接影响挥发分的准确性。实验发现空气干燥基水分的测定结果对低挥发分煤的影响要比高挥发分煤的影响更明显。在实验中有时会出现空气干燥基水分过高或过低情况,这主要是由于制样或检测不规范造成,具体分析如下：

1.某些制样人员认为,煤样磨制成分析试样前已达到空气干燥状态(在温度小于50℃的干燥箱干燥),就表明煤样研磨成分析试样后就达到了空气干燥状态。这种认知欠妥,实际上这样的分析试样并未达到空气干燥状态,煤样还处于散发或吸水的状态,用这样的分析试样测得的水分和挥发分,会导致测试值有偏差。最后制样阶段的空气干燥应将煤样置于环境温度下冷却并使之与大气湿度达到平衡状态。

2.GB/T 212—2008规定分析试样粒度应小于0.2mm,粒度达不到要求,影响试样的精密度,导致检测结果重复测定超差或不准确。因此制样人员要严格按国标制样程序制备煤样。

3.称取分析试验煤样前,应用滚动或搅拌方法将煤样充分混匀,然后从煤样容器的不同部位、不同深度,用多点取样法取出要求质量的煤样,以避免因一次性同一部位取出而影响检测结果。

4.检测人员称取样品前未检查天平是否处于水平状态,天平不水平会导致器皿及试样质量不准确,以及器皿或者试样质量读数有误,这些都会导致检测结果错误。

5.GB/T 212—2008规定的称样量为(1±0.01)g,秤准至0.0002G,相对于工业分析其它指标,如水分和灰分的称样量(1±0.1)g,其称样量更精确。这个范围的质量使煤样的挥发达到最佳状态。

6.测定水分的称量瓶从干燥箱取出后未及时放入干燥器中,干燥后煤样会吸收空气中的水分,导致测得的水分结果比实际的测试值低。测定挥发分的坩埚从马弗炉中取出后,先放置在空气中冷却5MIN左右,然后移入干燥器中冷却至室温(约20 MIN)后称量。如果在空气中冷却时间太长,焦渣就会吸水,会导致试样结果偏低；如果在干燥器中冷却时间不到,会导致试样结果偏高。

三、结论

通过讨论影响挥发分测定结果的几个因素得出结论：在检测作业方面,只有了解了这些影响因素,并且抓好全面质量管理,才能避免造成不必要的差错；只有严格执行标准中的规定,并且不断提升全面质量管理,才能获得准确可靠的检测数据。为需求者提供有价值的参考数据!