煤炭中挥发分的测定及注意事项

张辉

摘要：煤炭挥发分是煤炭煤化程度的一个重要参数，是煤炭的一个分类定性指标，同时也是一个重要的煤炭检验项目。由于煤的挥发分（Vad）测定是一项规范性很强的试验，其测定结果受仪器、器皿及试样质量、加热温度、速度和时间等各种因素的影响，挥发分测定的重现性较差，精密度和准确性均不好。通过多年来多批次的测定、分析、总结，得出一些体会和在实际操作过程中应该注意的有关事项，供大家探讨。

关键词：挥发分 测定

Abstract： Coal volatile matter is an important parameter of coal coalification， a qualitative index of coal classification， and an important coal inspection project. Because the determination of volatile matter （Vad） of coal is a very standardized experiment， the measurement result is completely determined by various factors such as the quality of instruments， utensils and samples， heating temperature， speed and time during the actual measurement. As a result， the reproducibility of volatile content determination ispoor， and the precision and accuracy are not good. Through the measurement， analysis and summary of many batches over the years， some experiences and relevant matters that should be paid attention to in the actual operation process are drawn for everyone to discuss.

Key words： volatile matter， determination

1 挥发分的测定

1.1 原理

煤的挥发分测定原理是指把煤在隔绝空气的条件下，于一定的温度下加热一定时间，煤中分解出来的液体（蒸气状态）和气体产物减去煤中所含的水分，即为挥发分，剩下的焦渣为不挥发物。

煤的挥发分反映了煤的变质程度，即煤的挥发分越多越好。测定煤炭挥发分需要用到煤炭化验设备——高效节能智能灰挥测定仪。

1.2 挥发分的测定

1.2.1 方法提要

称取一定量的一般分析试验煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900±10）℃下，隔绝空气加热，以减少的质量占煤样的质量分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。

1.2.2 仪器设备

（1）灰挥测定仪

主要技术参数：

控温范围：室温～1000℃

控温精度：±2.5℃

最高升温速度：100℃/min

分辨率：1℃最大功率：3.5 kW

炉膛尺寸：298 mm×203 mm×121 mm

电源电压：220 V（-15%～10%），50 Hz

性能特点：

1）具备独立的慢灰、快灰1（经典快灰）、快灰2、挥发分及通用测试功能;通用测试可任意设定升温速度、恒温点及测试时间，用户可有更多选择。

2）采用性能卓越的加热元件和保温材料，恒温性和均匀性均优于国家标准，可确保炉体在高温状态下长时间工作。

3）内置热电偶，测温精准，且升温快，能耗低，运行安全稳定。

4）具有热电偶断偶、短偶、反偶、超温报警切断电源保护装置，加热电源断路报警等功能，安全性能高。

5）人性化设计，操作便捷：液晶大屏幕显示，全中文漢字提示，按提示操作即可完成试验及参数设置，操作简便;挥发分测试可按客户需求设定为倒计时和正计时，方便用户观察时间;观察窗、通气孔等部位采取防烫手设计，避免实验过程中操作人员被烫伤的风险。

（2）挥发分坩埚

带有配合严密盖的瓷坩埚，坩埚总质量为15 g～20 g。

（3）坩埚架

用镍铬丝或其他耐热金属丝制成。其规格尺寸应能使所有的坩埚都在灰挥测定仪恒温区内。

1.2.3 试验步骤

（1）在预先于900 ℃下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚中，称取粒度小于0.2 mm的一般分析试验煤样（1±0.01）g，称准至0.0002 g，轻轻振动坩埚使煤样摊平，盖上盖放在坩埚架上。

（2）将灰挥测试仪预先加热至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3 min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。

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

1.2.4 结果计算

计算空气干燥基挥发分公式见式（1）：

1.2.5 挥发分测定的精密度

挥发分测定的精密度如表1规定。

2 注意事项

煤的挥发分不是煤中固有的物质。而是在特定条件下没有热分解的产物，因此应称为煤的挥发分产率。影响煤的挥发分测定的因素很多，主要有加热温度、加热时间、温升速度;试样容器的材质、个数、总质量、严密性及容器支架的材质;试验设备的型式、大小以及试样水分测定的准确度和实验操作是否规范等。结合多年的实际操作体会，下面对各影响因素进行了详细的对比试验和分析。

2.1 坩埚及坩埚架

（1）使用国家标准坩埚

国家标准要求挥发分使用的是带有配合严密盖的坩埚，坩埚总质量为15 g～20 g，但严格符合标准要求的挥发分坩埚数量很少，常见的有坩埚盖尺寸不规范，坩埚盖与坩埚存在一定缝隙、坩埚壁过厚等使得坩埚的质量略大于标准规定的15 g～20 g。吴富贤的《测定煤挥发分用坩埚的对比试验》介绍了标准坩埚与非标准坩埚的对比试验结果，根据对数据进行统计检验证明，非标准坩埚与标准坩埚测定值之间无明显差异，其差值的置信范围为-0.24%±0.22%，小于挥发分重复性精密度，非标准坩埚可以代替标准坩埚使用，根据经验，坩埚盖与坩埚口的配合严密程度则是不可忽视的因素，如果它们配合不严密，在煤样加热后期，由于气体析出完毕，坩埚内压力下降，空气将渗入坩埚内，使煤的燃烧损失增加，造成结果明显偏高。

（2）坩埚架质量

为保证试验结果的准确性，材质选镍铬合金，在灼烧过程中不能掉皮，若掉皮粘在坩埚上会影响测试结果，会使挥发分测定值偏高;而且孔要符合要求，太大易晃动;太小灼烧后会和坩埚架粘在一起，影响试验顺利进行。

2.2 加热的温度和时间

（1）严格控制试验温度在（900±10）℃：试验前首先可以用标准煤样进行测试，看测试结果是否在标值的不确定度范围内，在范围内可正常试验，如超出不确定度范围，就应该及时检查或更换热电偶等，确保炉温正常;其次试验时放有煤样的坩埚应放在马弗炉的恒温区，将坩埚盖严，避免与外界空气接触，造成煤炭燃烧。

（2）仪器温度到达920 ℃，放入待测定样品，以炉温3min之内必须恢复到（900±10）℃为原则，否则试验作废，所以这就要求取放坩埚速度既快又稳，放样时一定要迅速，放入时，盖子脱落或错位，则试验应重新进行。

（3）试验时间严格控制在7 min，经过多次试验发现，试验过程中将坩埚放入恒温区后关上灰挥测定仪炉门到按下计时键有2 s～3 s的时差，因此在7 min到达之前2 s～3 s打开炉门取出坩埚，一定要严格控制好时间，如果时间超了就会造成结果偏高的现象，如果时间不够又会造成结果偏低的现象。现在实验室使用的仪器大都是智能控温灰挥测定仪，能够有效并准确地控制试验时间，只要把握好样品的取放速度，就能取得准确的数据。我们选用两个煤标样在时间的控制上进行了试验，所得结果详见表2。

从试验结果看：时间不够，结果偏低;时间超了，结果偏高。

2.3 称样质量

标准中规定称样质量在（1±0.01）g范围内，这可能影响称量速度和工作效率，那么样品称量如果在（1±0.1）g范围内会对试验结果有影响吗？我们选用两个煤标样，分别称取（0.9±0.01）g、（1.0±0.01）g、（1.1±0.01）g三个质量，其余按标准方法规定进行挥发分测定试验，所得结果详见表3。

从试验结果看，称样量在（1±0.1）g范围，测定重复性未超差，准确度也符合要求。

2.4 防止煤样的喷溅

当测定低变质程度的不粘煤、褐煤以及某些烟煤时，由于挥发分的快速逸出而将颗粒带出，当水分和挥发分过高时，由于它们的突然释出而把坩埚盖吹开，既带走碳粒，又会使煤样氧化，这样会使结果偏高。因此，在测定挥发分时，应避免试样粒度过细和水分过高，将试样压成饼可有效地防止喷溅。

2.5放置时间

坩埚从马弗炉取出后，在空气中冷却时间不能过长以防止焦渣吸水，导致测试结果偏低：国家标准中规定坩埚取出后在空氣中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后称量，经多人多次用标样测试，冬天（约15min）即可冷却至室温。

总之，煤的挥发分测定是一项规范性很强的试验，在测试过程中注意以上几点就能获得准确的结果。

3 结论

影响挥发分测定结果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;另外试验所用器材的选择，如坩埚的材质、大小、薄厚、坩埚架的大小、坩埚与坩埚盖的严密程度、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。

参考文献

[1] 全国煤炭标准化技术委员会.煤的工业分析方法：GB/T 212—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 朱银惠，王中慧.煤化学[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3] 李英华.煤质分析应用技术指南[M].北京：中国标准出版 社，2009.

[4] 付长亮，张爱民.现代煤化工生产技术[M].北京：化学工业 出版社，1999.

[5] 吴富贤. 测定煤挥发分用坩埚的对比试验[J]. 煤质技 术，1993（6）：26-28.