燃煤挥发分测定须细须精

单永林(国家能源费县发电有限公司，山东 临沂 273421)

0 引言

挥发分是火电厂燃料用煤质量的重要指标，对锅炉运行的安全性和经济性有直接影响。煤的挥发分不是煤中固有的组成部分，不同的温度有不同的分解产物，其挥发分产率也是不同的。挥发分在我国被定义为：煤在(900±10)℃下隔绝空气加热7min，进行水分校正后的质量损失。其测定规范性强，试验条件的微小改变都会对测定结果带来影响。

挥发分的准确测定，工作中应该从人、机、料、法、环等方面进行控制，如人员操作、马弗炉状态、煤样规格、质量控制等。本文主要结合这些方面对煤挥发分测定的注意事项进行探讨。

1 马弗炉炉温及恒温区

煤样在隔绝空气的情况下加热，不同的温度决定着煤样将发生不同的变化。炉温低煤样挥发不完全，当炉温从850℃提高到900℃时挥发分会大幅增加，从900℃提高到950℃，挥发分变化不大，温度再高则固定碳容易氧化。

由此看来，挥发分的测定温度必须严格控制，马弗炉的炉温和恒温区就对挥发分结果的测定起着关键作用。GB/T 212—2008[1]中对马弗炉需满足的条件进行了详细阐述：能保持温度在(900±10)℃，并有足够℃的(900±5)℃的恒温区。马弗炉的炉膛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)℃。炉膛恒温区至少每年测定一次，应该在关闭炉门的状态下测定。高温计至少每年校准一次。在测定挥发分时要确保马弗炉处于校准有效期内，确保炉温准确和有确定的恒温区。

目前火力发电厂对煤化验的重视程度越来越高，煤化验的设备也在不断地升级换代，而且各种设备的强制鉴定、定期维护都会列到工作日程里。工作中设备是否正常运行、备品配件的规格质量都是影响化验速度、化验结果的又一要素。因此要保证管理制度全面、监督工作到位，选择质量可靠、性能稳定、售后服务水平高的设备及备件是必不可少的。

2 坩埚及坩埚架

不同材质的坩埚导热系数是不同的，此外坩埚容器的大小和容器壁的厚薄对在短的时间内发生较大温度变化时的升温速度产生的影响也不同。因此国标对挥发分坩埚的材质及规格等做了详细规定。操作中应特别注意检查坩埚是否有裂缝、坩埚与坩埚盖配合是否严密。如果空气侵入坩埚会使煤样氧化，导致挥发分的测定结果偏高，试验应作废。

试验发现：坩埚为(15～20)g重时对挥发分的结果没有太大影响，当质量大于20g时挥发分会随坩埚质量的增加而降低。目前市场采购到的坩埚质量变化较大，闫涛[2]研究了坩埚质量对不同煤种的影响，研究表明：坩埚质量对烟煤和褐煤的挥发分测定结果有系统性影响。坩埚质量越大，挥发分测定值越低；坩埚质量差异越大，挥发分测定结果之间的系统误差越大；无烟煤使用(20～22)g的坩埚测定挥发分，对结果没有显著影响；褐煤不能使用质量大于20g的挥发分坩埚测定。

坩埚架要耐高温、不掉皮，使用镍铬丝或其他耐热金属丝制成，其尺寸能够将所带坩埚都置于马弗炉恒温区内、坩埚底部置于热电偶热接点上方。孔径要符合要求，太大坩埚易晃动，不能保持垂直站立，太小灼烧后坩埚会和架子粘连在一起，导致报废。

为保证炉膛热容量一致，每次试验应配置相同数目的坩埚，当样品量较少时可用空坩埚补齐。何德秀[3]研究了放置坩埚的数量与测定结果的关系。经试验验证，发现检测过程中所放坩埚数量不同，测定结果亦有偏差，数量变化越大，结果偏差也越大。

3 一般分析试验煤样

只有严格按照规定制取的煤样，其测定结果才具有真实性和代表性，才能表明该批次煤的真正质量和价值。化验员应该按要求对接收煤样进行化验前的重量、粒度检查以及空气干燥、混匀等工作。

一般分析试验煤样的粒度要求是百分之百过0.2mm筛。如果样品粒度不符合要求将直接影响结果的精密度和准确度。此外在检测过程中要确保煤样在所处环境内达到空气干燥状态，避免在检测过程中水分发生较大变化。挥发分是煤样在规定条件下隔绝空气加热并进行水分校正后的质量损失。因此水分测定的准确性和实效性对检测结果有直接影响，不同煤种水分差异较大；同一煤种，在不同环境条件下，水分也不同。这点对于水分含量较大的煤样要特别注意。

4 人员操作环节

挥发分是一项人为设定条件下的规范性操作，其涉及的细节非常多，每个细节都可能影响测定的准确性，因此人员操作就起着非常重要的作用。化验员应具备非常严谨负责的工作态度，掌握国标的相关要求，结合自己的相关经验等保证操作环节符合规范性要求。

4.1 称样环节

称样时选取的坩埚必须是在900℃灼烧到质量恒定且干燥又符合严密要求的坩埚。化验环节的主要误差来自于从样品中称取一定量煤样的过程。为保证称取的煤样具有代表性，称取样品前要将煤样充分混合均匀，并且要做到多次多点取样。称取的质量范围为(1±0.01)g，称准至0.0002g。称完煤样后要轻轻震动坩埚，使煤样摊平，有利于试样受热均匀及焦渣特征的判断。此外在称样环节还要注意天平水平位置的调节、天平的规范使用等。

4.2 挥发分操作环节

国标中规定将带有坩埚的坩埚架送入恒温区，立即关上炉门并计时，要求炉温在3min内恢复至(900±10)℃，并保持在(900±10)℃，加热时间总计7min。由此可知加热温度、加热时间、升温速率是影响挥发分测定结果的重要因素，与化验员的操作有直接的关系，必须熟练、规范。

加热温度直接影响挥发分测定结果，要确保挥发分坩埚架放在马弗炉恒温区位置，坩埚架中心位置与恒温区中心位置重合。当坩埚架放置位置靠近马弗炉炉门时，相比于炉膛恒温区中心，部分样品的测定结果偏低。

加热时间要严格控制在7min，马弗炉在6分30秒时会有警鸣声，此时化验员要注意把握取样时间，建议不要等到7min警鸣时响时才取样。

升温速率与化验员的放样快慢有直接关系，是影响挥发分测定的重要因素。操作者的熟练程度不同，炉温的回升时间不同，就会导致测定结果的差异。高淑香[4]研究发现，控制温度恢复时间在(120～150)s为宜。放样动作过慢就很难保证炉温在3min内回温升到(900±10)℃。

另外，坩埚架取放时手臂要保持架子平稳，否则容易使坩埚在架子上发生倾斜，盖子盖不严密现象。

4.3 冷却过程及时间控制

坩埚从马弗炉取出后，在空气中冷却约5min左右放入干燥器中，20min后称量。在空气中冷却时间过长会导致焦渣吸水，测定结果偏低。

目前煤化验员持证上岗已经是企业强制性考核指标，工作中由于化验员的认知以及性格特点等的不同，对工作细节的观察处理就会出现差异，对于操作注意事项应该在全面掌握的要求下因人而异重点关注。

5 试验过程中的质量控制

为保证实验结果的准确性，在挥发分测定环节要注意做好质量控制。一般情况下要求定期使用有证标准煤样进行质量控制，标准煤样检测结果在标准值的不确定度范围则说明检测结果可靠。前提要求是标准煤样挥发分与待测煤样挥发分相近或涵盖待测煤样挥发分范围。如果标煤挥发分标准值与样品偏差较大，虽然能保证与标煤结果相近的煤样结果的准确性，但其他样品的检测结果的准确性仍存在一定风险性。因此，可以通过统计马弗炉标准煤样的检测结果制作质量控制图，利用质量控制图长期检测数量来判断马弗炉状态是否可控。

6 其他的注意事项

煤化验工作是一个对工作环境要求相对比较高的工作。比如为保证天平的正常使用，设备摆放的空间位置、工作台面的材质要符合设备使用要求；试验过程中要保证环境温湿度在合适范围内，避免引起煤样空气干燥状态不稳定；要消除房间空气流动状况、周围环境震动等对天平的准确称量带来的影响等等。

当测定低变质程度的煤如褐煤和长焰煤时，由于它们的水分和挥发分都很高，如果煤样呈现较松软的状态下放入900℃的炉温中加热，挥发物会骤然大量析出，把坩埚盖盖顶开并将碳粒带走，且煤样氧化严重，造成测定结果偏高。因此对于加热易爆燃的煤应预先压饼，并切成约3mm的小块进行测定，而且尽量避免一次放入坩埚架的6个煤样都是挥发分较高的煤样。

煤样重复性测定应分两炉次，样品数量不足时空位用空坩埚补齐。

挥发分测定时要确认马弗炉的状态，确认为挥发分测试状态，炉门要关闭，烟囱要呈关闭状态。

干燥器内的干燥剂要及时更换，避免干燥剂失效试样吸收水分导致测试结果偏低。

7 结语

现行国标是一切规则制订的溯源文件，无论采用何种化验方法都应该通过比对试验进行精密度和准确度确认，而且必须有质量监控的跟进过程。人、机、料、法、环是全面质量管理实践中五个影响因素的简称，在挥发分的测定过程中穿插融合，潜移默化地进行着全面质量监控。化验员在工作中应该回归质量本源，聚焦质量提升，从细节入手多环节控制，才能切实保证挥发分检测结果的准确性。