测定煤中挥发分

1􀀁 1 􀀁 煤中挥发分测定原理

把煤隔绝空气加热到（900 􀀂 10） 左右, 煤中的有机物质和一部分矿物质分解成气体或液体逸出, 减去煤中的水分, 剩余的就是挥发分。去掉挥发分后的残渣叫焦渣, 因为挥发分不是煤固有物质, 而是在特定温度下的热分解产物, 煤中的挥发分含量应该叫挥发分产率。

1􀀁 2 􀀁 煤中挥发分主要组成

煤中挥发分主要是由水分、碳氢的氧化物和碳氢化合物（以CH4 为主） 组成, 但煤中物理吸附水（ 包括外在水和内在水） 和矿物质二氧化碳不属于挥发分之列[ 1] 。

1􀀁 3 􀀁 煤中挥发分测定的意义

挥发分是世界各国煤炭分类和我国煤炭分类最重要的指标, 根据挥发分和焦渣特征能初步判断煤的加工利用性质和热值的高低。

1􀀁 3􀀁 1 􀀁 表征煤的煤化程度并可作为煤的分类指标煤中挥发分随煤的煤化程度的加深而逐渐降低。腐泥煤的挥发分产率要比腐植煤高。煤化程度低的泥炭的挥发分可高达70% ; 褐煤一般为40% ~ 60% ;煤化程度稍高的烟煤一般为10% ~ 50% ; 煤化程度高的无烟煤则小于10% 。因此根据煤中挥发分产率可初步判断煤的煤化程度, 估计煤的种类。中国和国际煤炭分类方案中都以挥发分作为第一分类指标。

1􀀁 3􀀁 2 􀀁 确定煤的加工利用途径

根据煤中挥发分产率和焦渣特征, 可初步评价煤的加工利用途径, 如煤化程度低、高挥发分的煤, 干馏时化学副产品产率高, 适于做低温干馏原料, 也可作为气化原料; 挥发分适中、固定碳含量高的煤, 黏结性较好, 适于炼焦和燃料。在配煤炼焦中, 要用挥发分来确定配煤比, 以将配合煤的挥发分控制在25% ~ 31% 的适宜范围; 而合成氨工业中, 宜选用煤化程度高、挥发分低、含硫量低的无烟煤。

1􀀁 3􀀁 3 􀀁 估算煤的发热量和干馏时各主要产物产率

因挥发分和固定碳是煤中可燃成分, 煤的发热量就是靠二者充分燃烧得到的, 因而可根据挥发分利用经验公式来计算各种煤的发热量。一般而言,在水分和灰分都相同的情况下, 以中等煤化程度的焦煤和肥煤的发热量最高; 长烟煤、不黏煤和气煤的发热量最低; 瘦煤、贫瘦煤和贫煤的发热量居中。年老的无烟煤, 挥发分越高, 发热量也越高;褐煤则相反。此外, 可根据挥发分估算炼焦时焦炭、煤气、焦油和粗苯的产率。

1􀀁 3􀀁 4 􀀁 作为制定环境保护法的依据

在环境保护法中, 挥发分还作为制定烟雾法令的一个依据[ 2] 。

2 􀀁 挥发分的测定方法（GB/ T 212! 2001）

2􀀁 1 􀀁 方法提要

称取一定量的的空气干燥煤样, 放在带盖的瓷坩埚中, 在（ 900 􀀂 10） 温度下, 隔绝空气加热7 min。以减少的质量占煤样质量的百分数, 减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。

2􀀁 2 􀀁 分析步骤

（1） 在预先于900 温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚中, 称取粒度小于0􀀁 2 mm 的空气干燥煤样（1 􀀂 0􀀁 01） g （称准至0􀀁 000 2 g）, 然后轻轻振动坩埚, 使煤样摊平, 盖上盖, 放在坩埚架上。

褐煤和长焰煤应预先压饼, 并切成约3 mm 的小块。

（2） 将马弗炉预先加热至920 左右。打开炉门, 迅速将放有坩埚的架子送入恒温区, 立即关上炉门并计时, 准确加热7 min。坩埚及架子放入后, 要求炉温在3 min 内恢复至（900 􀀂 10） , 此后保持在（900 􀀂 10） , 否则此试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。

（3） 从炉中取出坩埚, 放在空气中冷却5 min左右, 移入干燥器中冷却至室温（约20 min） 后称量。

2􀀁 3 􀀁 挥发分测定的精密度

挥发分测定的重复性和再现性见表1 规定。

表1􀀁 挥发分测定的重复性和再现性

挥发分/% 重复性限V ad /% 再现性临界差Vd /%

< 20􀀁 00 0􀀁 30 0􀀁 50

20􀀁 00~ 40􀀁 00 0􀀁 50 1􀀁 00

> 40􀀁 00 0􀀁 80 1􀀁 50

3 􀀁 影响煤挥发分准确测定的若干因素

3􀀁 1 􀀁 加热温度

国标中对加热样品的温度有明确的规定, 但在具体操作中加热温度不容易控制, 常见的有马弗炉控制不好, 不能保证样品炉温在3 min 内恢复至（900 􀀂 10） , 解决该问题方法是刚放入煤样后的加热时间, 通常马弗炉设定的加热时间是1 min,然后从1 min1 s 到2 min59 s 不加热, 再从3 min开始控温, 控制温度在（900 􀀂 10） 至7 min, 要保证样品炉温在3 min 内恢复至（900 􀀂 10） 就要根据具体情况进行调整刚放入煤样后的加热时间,根据经验新马弗炉设定为50 s 较佳, 用的时间长了可以适当延长开始的加热时间。

还要注意马弗炉预先加热至920 左右后应稳定一段时间, 一般稳定20 min, 避免炉温不稳定影响在3 min 内不能恢复至（900 􀀂 10） 。

3􀀁 2 􀀁 加热时间

总加热时间（包括温度恢复时间） 要严格控制在7 min, 应在6 min59 s 就取, 不要等到7 min 再取。研究表明, 如果取早了结果偏低, 取晚了结果偏高[ 3] 。

3􀀁 3 􀀁 坩埚的质量

国标中要求坩埚的质量为15~ 20 g。如果大于20 g, 测定结果会偏低, 小于15 g, 测定结果偏高。

3􀀁 4 􀀁 坩埚的密封性

如果坩埚盖和坩埚口配合不严密, 或者操作中盖不严密, 在煤样加热的后期, 由于挥发分气体已被逸出, 坩埚内压力下降, 空气就会进入坩埚内,造成煤样的氧化, 会使煤样的挥发分测定值偏高,所以, 在选用坩埚时应注意其盖子和坩埚口的严密性, 在操作过程中也应该盖好坩埚盖。

3􀀁 5 􀀁 放入坩埚的数量

如果两组样品数量不同, 吸收的热量肯定不同, 炉内温度下降的最低点不同, 回升到900 的时间就有差异。经过多次实验研究发现, 若样品为6 个以下单样, 最好用恒重的带盖的空坩埚摆满坩埚架, 测得的结果就比较相近。

3􀀁 6 􀀁 坩埚架

要用耐热金属做的坩埚架, 受热时不能掉皮。如果坩埚架不合格, 受热时会粘在坩埚上, 使测定结果偏低。

3􀀁 7 􀀁 马弗炉的恒温区

定期测量马弗炉的恒温区, 装有煤样的坩埚必须放在马弗炉的恒温区内。如果放在恒温区外, 其测定结果会偏低。

4 􀀁 坩埚质量对准确测定煤挥发分的影响

国标中要求坩埚的总质量为15~ 20 g, 可是挥发分产率在坩埚总质量从15 g 到20 g 具体怎么变化? 变化的量究竟有多大? 有没有规律性? 有待进一步的研究。为了深入探讨坩埚对挥发分准确测定的影响, 把坩埚整体分成坩埚和坩埚盖, 所用的仪器设备完全符合国标GB /T 212 ! 2001, 所进行实验的步骤都严格按照国标GB /T 212 ! 2001 中的操作步骤。

4􀀁 1 􀀁 坩埚壁厚的影响

为研究坩埚壁厚对挥发分的影响, 选用不同壁厚的坩埚做了以下3 组实验（见表2）。实验用坩埚盖重（ 4􀀁 5 􀀂 0􀀁 02） g, 坩埚总质量符合国标中质量为（15~ 20） g 的要求。坩埚质量增加表明坩埚壁厚的增加。其变化规律如图1~ 图3 所示。

表2􀀁 挥发分产率随坩埚壁厚变化情况

坩埚质量/g

挥发分产率/%

样品1 样品2 样品3

11􀀁 661 7 38􀀁 108 3 41􀀁 182 9 19􀀁 202 4

12􀀁 549 0 37􀀁 997 8 41􀀁 069 5 19􀀁 145 1

13􀀁 552 4 37􀀁 861 3 40􀀁 910 4 19􀀁 097 8

13􀀁 991 0 37􀀁 762 2 40􀀁 829 2 19􀀁 065 4

14􀀁 639 4 37􀀁 703 9 40􀀁 722 7 19􀀁 032 4

15􀀁 406 6 37􀀁 574 7 40􀀁 630 6 18􀀁 986 5

图1 􀀁 样品1 挥发分随坩埚质量变化曲线

图2 􀀁 样品2 挥发分随坩埚质量变化曲线

图3 􀀁 样品3 挥发分随坩埚质量变化曲线

实验表明: 挥发分产率随坩埚壁厚度的增加而逐渐降低, 呈线性变化; 但是数据中样品1 挥发分最大值和最小值差为0􀀁 533 6, 样品2 为0􀀁 552 3,样品3 为0􀀁 215 9, 根据挥发分测定的精密度规定,样品1 测得挥发分差值超出重复性限, 样品2 和3

没有超出重复性限。

4􀀁 2 􀀁 坩埚盖质量的影响

为研究坩埚盖质量对挥发分的影响, 选用不同质量的坩埚埚盖做了以下3 组实验（见表3）。实验用坩埚重（13􀀁 5 􀀂 0􀀁 05） g, 坩埚总质量也符合国标中的质量要求。其变化规律如图4~ 6 所示。

表3􀀁 挥发分产率随坩埚盖质量变化情况坩埚盖质量/g

挥发分产率/%

样品1 样品2 样品3

3􀀁 631 7 39􀀁 097 3 45􀀁 614 7 18􀀁 366 7

3􀀁 915 1 39􀀁 082 1 45􀀁 598 8 18􀀁 351 6

4􀀁 309 9 39􀀁 046 1 45􀀁 566 4 18􀀁 337 5

4􀀁 571 7 39􀀁 032 5 45􀀁 552 1 18􀀁 322 7

4􀀁 628 5 39􀀁 034 8 45􀀁 535 8 18􀀁 325 1

5􀀁 962 6 38􀀁 943 5 45􀀁 438 7 18􀀁 253 1

图4􀀁 样品1 挥发分随坩埚盖质量变化曲线

图5􀀁 样品2 挥发分随坩埚盖质量变化曲线

图6􀀁 样品3 挥发分随坩埚盖质量变化曲线实验表明: 挥发分产率随坩埚盖质量的增加而逐渐降低, 呈线性变化, 样品1 挥发分最大值和最小值差为0􀀁 153 8, 样品2 为0􀀁 176 0, 样品3 为0􀀁 113 6, 根据挥发分测定的精密度规定, 样品1、2 和3 测得挥发分差没有超出重复性限。

3 􀀁 对􀀁 􀀁 策

3􀀁 1 􀀁 采取具体对策

找出主要因素后, 针对出现的问题制定了相应的对策, 找出具体的方法解决相应的问题。具体措施见表1。

表1􀀁 对策

问题􀀁 􀀁 对策负责人完成时间缩分精度不高加强业务学习, 进行技术培训, 提高整体素质。

分析煤样粒度达不到要求加大抽查力度和自查力度, 增加抽查次数, 将抽查结果与二次分配挂钩,奖罚分明。

制样过程不规范,分析水偏高要求重新制样, 实行责任追查制, 并与二次分配挂钩。

3􀀁 2 􀀁 组织实施与抽查

3􀀁 2􀀁 1 􀀁 制定措施和目标

措施有: ∀ 每月的分析煤样自查实行制度化。# 每月存查煤样不定期抽查成为制度。∃ 加强采、制、化人员的业务学习, 认真执行国标。%随机抽查采、制、化人员采制样过程和国标的执行力度。& 加强对采、制、化人员的培训, 全面提升素质。目标是: 分析煤样抽查合格率保持100% ; 存查煤样抽查合格率达到100% 。

3􀀁 2􀀁 2 􀀁 加强学习提高素质

针对缩分精度不高的问题, 必须要加强学习,包括加强责任心和业务技术学习。为了提高缩分精度、提高整体操作水平, 同时借助万名青工比武的大好形势, 对采制化人员进行系统的培训, 并对职工进行职业道德教育, 通过系统的学习, 提高整体素质。

3􀀁 2􀀁 3 􀀁 加大抽查力度

加强对制样过筛情况和存查煤样的抽查, 每班每月不少于2 个煤样, 通过抽查效果明显。

3􀀁 2􀀁 4 􀀁 加大奖罚力度

对于粒度过粗达不到国标要求的问题除了要重新制样外, 还要加大抽查次数, 并在经济上给予处罚。将抽查结果与二次分配挂钩, 扣除相应的分数。

3􀀁 2􀀁 5 􀀁 责任落实

针对分析水偏高的情况, 要追究责任。并要求当班人员重新制样, 不论最初是谁制的样, 只要当班就得重新制样, 并且要扣除最初制样人员相应的分数, 以示奖罚分明。

4 效果检查

活动前后效果明显。活动前, 存查煤样有超差, 活动后无一超差。集团公司于2008 年3 月、4月、5 月检查中, 原煤分析煤样和存查煤样在集团公司内的抽查合格率均为100% , 在矿井质量标准化达标检查中没有再被扣分, 同时也提高了职工的整体素质, 增强工作责任心, 树立了职工爱岗敬业的好作风。今后将会继续从加强采、制、化人员的管理方面入手, 并不断提高职工的素质, 以进一步提高商品煤采、制、化工作的水平。

5 结语

影响挥发分准确测定的因素有很多, 有人为的因素, 也有仪器的因素, 排除以上因素, 在国标规定范围内坩埚质量应该对煤挥发分测定的影响因素也很重要, 根据上面实验数据可以得出: 挥发分产率随坩埚质量的增加而逐渐降低, 呈线性变化; 坩埚壁厚薄变化比坩埚盖质量变化对挥发分的影响大的多; 测定挥发分用坩埚在规定质量范围内最好质量相近, 挥发分重复性测定不易超出国标中规定的重复性限, 重复性好。

文章来源：量热仪网www.tgyiqi.com。