钟重风
大唐华银攸县能源有限公司 湖南 株洲412307
摘要：本文介绍了攸县境内的劣质石煤性质，结合煤质工业分析方法和发热量测定相关国家标准的规定，提出了在对劣质石煤进行水分、灰分、挥发分及发热量测定时需注意的方法要点。特别是针对劣质石煤的高灰分、低挥发分以及低发热量的这些特点，归纳和总结了在相关试验过程中容易出现的问题和忽略的细节，并提出了相应的解决方法，从而确保了劣质石煤的工业分析和发热量测定的准确性，为工业生产和锅炉燃烧提供准确的参考数据。
关键词：劣质石煤 工业分析 发热量 注意事项
石煤是一种的有机可燃沉积岩，呈黑色或黑灰色，大多具有高灰、低发热量和硬度大的特点，其主要利用途径是发电、提钒，或者烧制水泥、制造化肥、灰渣制碳化砖。攸县境内石煤具有高灰分（Ad：70%~90%）、低挥发分（Vd：2%~3%）、固定碳低于20%，低发热量（Qnet,ar：2~6MJ/kg）的特征，并以劣质石煤为主。
1、劣质石煤的工业分析
针对劣质石煤的特殊性质，对其进行工业分析常常由于与普通煤质差别大，在方法选择上容易产生误区而造成较大的误差。为此在实际的操作过程中必须严格规范，才能做到准确测量。以下主要从水分、灰分和挥发分在测定过程中需注意问题进行讨论。
1.1、石煤的水分
一般分析试验煤样水分是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分，测定温度为（105~110）℃。由于石煤性质类似于无烟煤，因此在水分测定方法选择上应选择方法A（通氮干燥法，适用于所有煤种）或方法B（空气干燥法，仅适用于烟煤和无烟煤）。在相应加热温度上也应按无烟煤要求选择，方法A干燥2h，方法B则需干燥1.5h。由于石煤空干基水分含量一般在2.00%以下，故不必进行检查性干燥。
1.2、石煤的灰分
灰分不是煤中固有的成分，是煤中矿物质在一定条件下经一系列分解、化合等复杂反应而形成的，是煤中矿物质的衍生物。通常可采用缓慢灰化法和快速灰化法测定，测定结果影响因素主要有：黄铁矿的氧化程度、碳酸盐（主要是方解石）的分解程度和灰中固定硫的多少。劣质石煤因其灰分含量比较高,有的含硫量也较高，测定时应严格按规范操作，使煤中硫化物在碳酸盐分解前就完全氧化并排出，避免硫酸钙的生成。
1.2.1、缓慢灰化法。由于煤中黄铁矿和有机硫在500℃之前就基本氧化完全，而碳酸钙从500℃开始分解，到800℃分解完全。因此标准规定将煤样放入炉温不超过100℃的马弗炉恒温区中，关上炉门并留15mm左右的缝隙，在不少于30min的时间内将炉温缓慢升至500℃，这样可使得煤样逐渐灰化，避免爆燃。在500℃下保留30min，使得可燃硫充分氧化并排出。煤样在（815±10）℃下灼烧1h，因为在（＞800℃）的温度下灼烧足够长的时间，才能保证碳酸盐完全分解和二氧化碳完全驱除。
1.2.2、灰化过程中始终保持良好的通风状态，要再使用符合标准规范的带烟囱的马弗炉，使硫氧化物一经生成就及时排除，整个测试过程中炉门都必须留有15mm左右的缝隙。很多人忽略了这一点，认为这样会影响升温速度和整个炉膛温度平衡，将炉门紧闭，这将会使灰分测试结果偏高。
1.2.3、煤样在灰皿中要铺平，以避免局部过厚，一方面避免燃烧不完全，另一方面可防止底部煤样中的硫化物生成的二氧化硫被上部碳酸盐分解生成的氧化钙固定。劣质石煤由于其比重大，不能简单认为煤样少就忽视摊平，必须按规定使其每平方厘米的质量不超过0.15g，尽可能的摊平煤样。
1.2.4、灰分及挥发分测试用马弗炉的恒温区应在关闭炉门下测定，并至少每年一次，保证煤样灰皿准确置于该恒温区内。高温计至少每年校准一次。
1.2.5、由于劣质石煤灰分含量均较高，需进行检查性灼烧。
使用快速法测量灰分时，应与缓慢灰化法进行对比试验。一般情况下快速法测得灰分值偏高。
1.3、石煤的挥发分
煤样在规定的条件下，隔绝空气加热并进行水分校正后的挥发物质产率为挥发分。他不是煤中的固有成分，是煤在规定条件下的热解产物，其测定是一个规范性很强的试验，改变任何试验条件都会给测定结果带来不同程度的影响，主要因素有加热温度、加热时间、加热速度。
1.3.1、测定温度应严格控制在(900±10)℃。
1.3.2、装有煤样的坩埚放入马弗炉后，炉温应在3min内恢复到(900±10)℃。马弗炉应经常验证其热容量和温度恢复速度是否符合要求。马弗炉热容量为当起始温度为920℃左右时，放入室温下的坩埚架和若干坩埚，关闭炉门后，在3min内恢复到(900±10)℃。每次试验最好放相同的坩埚以保证坩埚及其支架的热容量基本一致。如发现回温速度达不到要求，可通过加快进样和关门速度，必要时可减少坩埚数量以保证3min的回温要求。总加热时间要严格控制为7min。控制坩埚在空气中冷却约5min，防止焦渣吸水影响测定结果。
1.3.3、使用符合标准规定的坩埚，总质量为（15~20）g。坩埚架用镍铬丝或其它耐热金属制成，受热时不能掉皮。
1.3.4、劣质石煤由于其挥发分较低，容易出现测定挥发分后坩埚盖上有白色物质，这是煤样氧化而生成的。主要原因是由于盖锅盖不严，空气侵入坩埚内而引起的。加上劣质石煤挥发分过低，氧化作用可能更大，可以在煤样中加入几滴挥发性液体（如苯等），加热时挥发性液体会发并往坩埚外逸出而阻止空气侵入。
2、劣质石煤的发热量测定
劣质石煤发热量通常只有(2~6)MJ/kg，与常规无烟煤、烟煤和褐煤区别很大。使用氧弹量热法测定其高位发热量时，常常由于各种原因易造成较大误差，继而影响到石煤的生产和应用。根据GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》要求，结合攸县当地石煤的特性，对试验过程中常出现的现象和问题进行总结如下。
2.1、由于劣质石煤其本身特点，在用自动量热仪测试时最常见问题就是燃烧不完全，点火成功后误判为点火失败。这主要是由于自动量热仪内置程序设定在点火后的较短时间内温度上升小于规定数值时，仪器便报警判断为点火失败。试验后检查发现实际点火已成功，煤样上部已燃烧完而底部未完全燃烧。实际操作中对不易燃烧完全的试样，可用石棉绒做衬垫。如加衬垫仍燃烧不完全，可提高充氧压力至3.2MPa，或用已知质量和热值的擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧，然后放入燃烧皿中。根据劣质石煤的实际情况，选择合适的措施确保点火成功。对于热值极差的石煤样可多包裹几张擦镜纸进行测试。一般情况下不建议添加苯甲酸。
2.2、热量计点火失败。试验中出现点火失败后首先应排除2.1中提出的仪器误报警。再检查是否有可能是试验人员在连接点火丝时未能保证与电极柱接触良好。此时只用重新换一根点火丝，重新连接好即可。如果点火丝已燃烧或熔断而试样却没有点火燃烧，应检查点火丝是否接触到坩埚壁或点火丝未能与试样保持良好接触。此外点火线路是否导通或短路等其他机械故障都有可能导致点火失败。
2.3、计算高位发热量时，标准中规定，当全硫低于4.00%时或发热量大于14.60MJ/kg时，可用全硫代替弹筒Sb,ad。由于劣质石煤发热量较低，即使添加了部分热值仍远低于14.60MJ/kg，但通常石煤全硫含量低于4.00%，所以对劣质石煤高位发热量计算时，可用全硫代替Sb,ad。
综上所述，随着时代的发展和技术的进步，石煤作为一种储量大又相对廉价的新能源被越来越多的领域开发和利用。石煤化验工作必须要结合现行标准，严格按照规定执行，并针对石煤的特殊性能选择正确的试验方法，努力提高化验员的操作技能和理论水平，才能保证各种化验结果的准确性，从而为工业生产和锅炉燃烧提供指导。
参考文献
[1]李英华 《煤质分析应用技术指南（第2版）》 中国标准出版社，2009年
[2] 黄鸿彦 《浅谈煤的工业分析的测定及应用》 煤质技术，2009年
[3]韩立婷、林玉佳、陈科全 GB/T 212-2008《煤的工业分析方法》
[4]李英华、皮中原] GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》