浅析煤的挥发分测定影响因素和应对方法

何海军+李小燕

摘 要：鉴于挥发分测定是一项规范性较强且影响因素比较多的实验项目，本文通过在挥发分测定实际操作过程中所采取有效措施来提高测定结果的准确性和真实性。

关键词：挥发分；影响因素；测定结果；准确性

煤中挥发分是指煤在规定温度（900+10）℃，在隔绝空气条件下加热7min，逸出组分除去水分以外的挥发性物质。根据煤的挥发分高低和焦渣型号特征可以判断煤的煤化程度和种类以及煤在工业中的加工利用途径，是进行煤炭分类的重要参考依据。在配煤炼焦过程中，可以利用挥发分测定结果和煤的粘结指数值来指导炼焦配煤，以确定最经济的配煤比；根据挥发分还可估算煤中碳氢元素含量及煤的热值，除此以外，在煤的气化和液化工艺条件的选择上挥发分也有一定的參考作用。因此，准确测定挥发分结果具有非常重要意义[1]。

挥发分不是煤中所固有的挥发性物质，而是煤在一定实验条件下经过加热以后的热分解产物，不同实验条件都会产生不同实验结果。因次，人们所说挥发分测定实际上是一项规范性较强的实验项目。影响挥发分测定结果的准确性的因素有很多，其主要影响因素有加热温度的高低、加热速度的快慢、加热时间的长短；另外实验所用器材的选择，如坩埚的材质、大小、薄厚、坩埚架的大小、坩埚与坩埚盖配套的严密程度也都会影响测定结果的准确性；实验所用煤样的粒度和质量、分析煤样的种类和性质，煤样中所含内水和外水的高低在一定程度上都可以影响挥发分结果的测定。因此，要想得到准确的挥发分测定结果，必须严格把控好测定过程中的各个环节。

1 马弗炉加热温度、时间和速度

根据国标GB/T212-2008规定[2]：称取按照国标GB/T474-2008煤炭制样方法所制取的一定质量的空气干燥基分析煤样放置在坩埚内，在（900+10）℃温度下，在马弗炉内隔绝空气加热7min，以减少的煤样质量占分析煤样总质量的百分数，减去水分含量后即为所测定的挥发分结果，挥发分是煤经加热到一定温度以后的热解产物，加热温度高低和时间长短决定了煤中有机质和无机矿物质的分解程度。在（900+10）℃的温度条件下准确加热7min（从开炉门放入样品立即开始计时到快速取出样品的总加热时间），煤中有机物和无机矿物质的热解反应趋于完全，因而测定结果比较可靠、准确；加热温度高或低都会使煤的挥发分结果发生偏差。如果加热时间太短，煤中挥发性物质可能还有未分解的部分存在；若加热时间太长，坩埚内压力下降，会使空气进入到坩埚内，从而引起坩埚内的实验煤样被空气氧化，使实验测定值高于煤样正常值。因此，测定挥发分时先将马弗炉的起始温度加热升到900℃，再将盛有煤样的带坩埚盖的坩埚迅速放入马弗炉内加热，并在3 min内使马弗炉炉温回升至900℃（3min内温度如果不能迅速回升到900℃，则此次实验作废。必要时可手动控制来达到温度要求），温度要严格控制在（900+10）℃下，加热时间应严格控制在7min。送样和取样都应迅速。

加热温度的高低、时间长短和实验人员操作动作的快慢都会直接影响到实验测定结果的准确性，特别是加热温度对挥发分测定结果影响最明显，要控制好马弗炉的加热温度，必须在关闭炉门的状态下，定期对热电偶和毫伏计进行校正，对恒温区定期或不定期的进行测定，使得马弗炉的恒温区温度与指示温度一致。

2 实验所用坩埚和坩埚架

对坩埚的材质、形状、尺寸和质量以及坩埚盖和坩埚的配套严密程度，是否存在裂纹、缺口和畸形，在国标中都有规定。但是目前市面上存在的坩埚生产厂家不一，各种式样的都有，有的质量超出国标要求的坩埚总质量15～20g，不能符合我们测试的需要。选用不同质量的坩埚测定时发现总质量在15至20g范围内的坩埚测定挥发分时测定结果值无太大差异，但是当坩埚质量大于20g时挥发分的测定值会随坩埚质量的增加而降低。因此，为了使挥发分结果测定准确，一般我们选用同一坩埚架上的坩埚质量尽量一致，大概16g左右比较合适。

其次，坩埚与坩埚盖配合程度要严密，若坩埚盖不能盖严或坩埚有裂缝、缺口和畸形，那么在挥发分测定过程中，由于坩埚内挥发分气体的不断溢出，会使坩埚内部压力逐渐下降，从而使空气进入坩埚内在坩埚上形成一层白色氧化物而使挥发分的测定值偏高。因此，实验人员在操作前应仔细检查坩埚和坩埚盖。新坩埚在使用前一定要经过灼烧且质量恒定后才可使用。

为使得放入马弗炉内的带盖坩埚和坩埚架保持热容量一致，因此建议每次实验时坩埚架上应放满6个质量、薄厚、材质接近的坩埚，如果实验样品不足放满一坩埚架时，尽量用已恒重好的空坩埚摆满所剩坩埚架位置，以使得实验测定结果最大程度接近真实值。若坩埚架所剩位置不摆满空坩埚，一般会导致挥发分测定结果偏高。另外，坩埚材质一般要求采用耐高温的镍铬丝或其它耐热金属丝制成，不能掉皮且符合孔要求；坩埚大小要合适，太大易晃动，太小灼烧后会和坩埚架粘在一起；坩埚离恒温区越远会导致挥发不充分而使挥发分测定结果偏低。因此，坩埚放在坩埚架上放入马弗炉后应使坩埚底部紧邻热电偶节点上方，坩埚架的后端离马弗炉后端大约50mm比较适宜。

3 分析煤样的质量和粒度

根据国家标准GB/T212-2008煤的工业分析方法规定煤中挥发分分析所用煤样粒度应是小于0.2mm的空气干燥煤样（1+0.0001）g，要严格要求制样人员按照GB/T474-2008煤样的制备方法认真制取煤质分析试样，称取样品时要用称样勺顺时针旋转搅拌样品30s，以使得称样瓶内的分析试样混合均匀。样品粒度不均匀，会导致测定结果不准确。

4 实验煤的种类

对于褐煤和长焰煤测定挥发分时，需进行压饼后，切成3mm的小块后再进行挥发分测定。这样做的目的主要是由于褐煤和长焰煤中水分和挥发分含量比较高，而且以松散状态存在，若不经过压饼，将装有褐煤或长焰煤的带盖放入（900+10）℃的马弗炉中后挥发分会一下大量释放，顶起坩埚盖带出部分煤粒而使测定值偏高；压饼后可以减慢释放速度，有效防止爆燃，使测定结果比较准确。 对于其它烟煤和无烟煤而言，可在实验样品中滴加几滴甲苯或苯等易挥发性的液体，以避免由于实验样品自身挥发分含量过少，在加热后期坩埚内部压力降低而使得空气进入坩埚内，引起测定结果不准确。

5 煤中水分

在挥发分测定计算中最后要进行水分校正，所以在测定挥发分的同时要进行实验煤样的空气干燥基水分测定，一般空气干燥基水分对挥发分低的煤影响要大于对高挥发分煤的影响，空气干燥基水分测定结果的准确性对挥发分有着直接的影响，因此，必须要求实验人员严格按照国家标准所要求的实验方法进行实验测定，以减少由于检测方法和设备不当所引起的误差。除此以外实验所用坩埚必须经过多次恒重并保存在干燥器内，但是恒重好的坩埚不宜放置太久，否则长时间放置坩埚的质量会因吸湿空气而使测定值变大。一般将盛有实验煤样的坩埚从马弗炉中取出后在外放置不应超过5min，移至干燥器内的时间也不易过长，大概15～20分钟为宜，其次，干燥器与干燥器盖之间要保持严密，经常检查（观察硅胶的颜色变化），适当涂一定量的凡士林；干燥器内盛放的硅胶应时常更换，以使干燥器内保持干燥状态，否则会引起焦渣吸水，使挥发分测定结果偏低。

6 实验人员个体因素

实验人员要本着科学认真负责的态度，把好质量每一道关，定期或不定期地进行实验室间比对实验或参加实验室能力验证 ，以提高测定结果的准确性和可靠性。

参考文献

[1] 李英华.煤质分析应用指南[M].北京：中国标准出版社，2009.

[2] GB/T212-2008，煤的工业分析方法[M]endprint