煤质精准分析方法研究及应用

刘兴(国能销售集团有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

当前我国各个仪器仪表有限公司都在积极制造高质量的煤质分析仪器，为煤炭行业提供更加先进的高性价比煤炭化验设备，使得我国煤炭分析技术取得进步，煤炭行业更加正规化，为我国建设社会主义和谐社会和大力发展中西部地区提供了助力。近些年仪器仪表行业都在加大力度研究更先进、测量更准确的仪器，例如量热仪、测硫仪、工业分析仪等，并积极更新煤炭检测的方法，以期我国煤质分析行业能够得到更好的发展。

1 煤质精准分析的重要性以及目前面临的问题

在我国目前的主要能源中，煤炭具有不可代替的地位，可以被认为是火力发电厂的主要粮食。煤炭在发电成本中占约60%～70%的比例，煤炭质量的好坏严重影响着发电的效率，因此对于火力发电厂来说，确保进场的煤炭质量合格非常重要，验收的准确性和企业盈利经营之间具有非常大的关联。通常来讲，火力发电企业都把煤炭入场时候的煤炭验收数据作为和煤场结算的依据，如果检测的准确程度不高，不仅会让机组燃烧安全受到影响，还会影响到双方的商务结算，让企业遭受损失。除了入场验收之外，入炉煤质检测也非常重要，这是检查厂炉燃料指标(例如热值和水分)的平衡计算煤耗的重要依据。入炉煤质检测可以起到指导作用，可以确定配煤掺烧的比例[1]结合目前的情况来看，我国煤质检测实验室的条件差别较大，有些火力发电企业的入炉煤检测实验室的基础硬件设施非常差，设备陈旧，这就导致了实验检测结果的稳定性不强，难以得到精准的检测数据。此外，由于检测人员的专业能力、综合素质也具有较大的差别，有些检测员检测时不按照要求标准进行检测和质量控制，就使得煤质检测的结果参考性较差，检测报告不可靠。煤炭验收具有过程不可逆的特性，过程中如果不能及时发现问题，很难重复进行检测。

2 煤炭精准分析的主要应用技术

2.1 检测煤炭发热量

衡量煤炭品质高低的一个重要因素就是煤炭发热量。检测煤炭发热量需要借助一些专业的检测仪器设备，检测单位为焦耳。在检测煤炭发热量的时候，需要保证以下几点条件事先构建完成：首先，检测煤炭发热量的实验室应该是独立的，不应该和其他实验室在同一环境下；其次，应该控制好检测热量实验室的环境温度，当温度保持在15～30 ℃之间的时候是最佳检测温度，同时要保证实验室的温度不要出现剧烈的变化，环境温度的变化应该控制在1 ℃之内；再次，在进行煤炭发热量检测的时候，应该降低空间内空气对流，在保证安全的情况下将门窗关闭；然后，煤炭发热量的检测仪器不应该直接暴露在阳光之下，实验室的门窗布置不应该向阳，这样能够有效地提升检测的精确程度；最后，在实验过程中，一定要保证煤炭燃烧时有充足的氧气，这样可以让煤炭燃烧更加充分[2]。除了以上注意事项，检测过程中要严格遵守实验室的规章制度，按照标准的检测方法对煤炭进行检测，保证实验数据更加准确的同时，保证检测人员的安全。

2.2 检测挥发分

检测煤炭的过程中还需要重点检测其挥发分。在检测的过程中，要把煤炭和空气隔绝，在一定的温度湿度条件下，对煤炭进行加热，检测煤炭在加热过后产生的气体和液体的总和。检测煤炭挥发分的时候，通常选取1 g的样本煤，把煤放进坩埚之中，将坩埚放置在900 ℃的环境之下进行加热，7 min之后检测煤炭生成的气体和液体的含量。如果气体和液体的含量相对较高，说明煤炭的纯度越高，质量越好。在确定煤炭的挥发分之后，把煤炭进行分类，对应每种煤炭的具体使用范围。

2.3 检测煤炭的水分

煤炭中的水分有两种，一种是煤炭内部的水分，一种是表层水分。通常，煤炭内部的水分也被称为固有水分，这些水散布在煤炭的毛细孔之中。表层水分存在于煤炭的表层和细缝中。煤炭的含水量越高，煤炭的可燃性就会降低，燃烧所能释放出的热量也会降低。如果煤炭中的含水量超过11%的时候，煤炭的可燃性就会受到非常大的影响，使得煤炭发热量降低，甚至还会让发电设备无法正常运转。同时如果煤炭中水分过高，煤炭的重量就会提高，使运输成本加大，加上含水量高影响煤炭的燃烧性能，因此在煤炭检测过程中一定要重视对煤炭水分的检查。

2.4 检测煤炭的灰分

对于煤炭来说，在185 ℃的环境之中，通过对煤炭进行加热但是没有充分分解，在燃烧后留下的物质就是灰分[3]。煤炭燃烧过程中产生的灰分会吸收热量，如果灰分含量过高，那么煤炭的发热性能就会受到影响。且煤炭中灰分的成分高，会导致设备运行时更容易出现故障，无法正常运行。通常在灰分检测的过程中，经常会使用到灰皿和石棉网，在较高的温度之下进行煤炭检测。在测量煤炭灰分的过程中，一定要使用正确的检测方法，按照正确的步骤完成检测过程，这样才能提高灰分的检测精度。

2.5 含硫量的检测

在煤炭燃烧的过程中，会产生很多的二氧化硫以及硫化氢气体，这些气体会对自然环境带来很大的危害，同时也会对锅炉设备产生明显破坏。当煤炭中硫的含量较高时，就非常容易造成锅炉腐蚀，并出现结焦的现象，这会严重降低设备运行的效率，并让设备无法健康运行。因此在进行煤炭检测时，要重点对煤炭内含硫量进行检测。检测的方法主要有高温燃烧法以及艾氏重量法。

2.6 检测煤炭中的碳氢元素

检测煤炭中碳氢元素含量所使用的主要方法是三节炉检测法。在检测的过程中，第一节电炉主要用来燃烧样品煤炭，第二节电炉用来将燃烧氧化过后没有完全被氧化的物质进行燃烧；第三节电炉是将整个燃烧过程进行补充，将未燃烧充分的部分全部燃烧。为了保证样品能够燃烧充分，整个检测过程都应该在密闭的环境下进行。只有保证煤炭可以充分的燃烧，才能准确的检测出煤炭中的碳氢元素，可以将煤炭中含有的碳元素和氢元素完全转化为二氧化碳和水，并准确测定出煤炭中碳元素和氢元素的含量。在燃烧过程中，还需要注意将干扰元素清除，保证装入碳氢检测仪器中的二氧化碳和水是纯净的化合物。在进行煤炭碳氢检测，候要选用合适的吸收剂，使生成的二氧化碳和水生能够被定量吸收。除此以外，在检测过程中要保证三节炉中具有一定的空气流动速度，只有这样才能确保煤炭样品能够充分的燃烧。

2.7 检测煤炭中的稀有元素

在煤炭形成矿产资源的过程中会吸收很多微量的元素，例如锗、镓等。以下简述镓元素的检测方式：首先把样品煤炭进行灰化，使用硫酸、盐酸和氢氟酸进行混合，构成6 mol/L的盐酸溶液，也可以把燃烧后的煤灰用碱熔融，之后再用盐酸将其酸化，加热蒸干，勾兑出6 mol/L的盐酸溶液。制得盐酸溶液之后，在溶液中滴入三氯化钛溶液，这样做可以将煤炭中含有的非稀有金属元素还原，排除这些元素对实验结果的干扰。再后滴加罗丹明B溶液，让溶液和氯镓酸产生反应，形成络合物。将络合物提取，再使用苯—乙醚对其进行萃取，使用分光光度计对络合物进行颜色分析，检测出煤炭中的镓元素含量。

3 检测煤炭过程中常遇到的问题

3.1 检测煤炭发热量时样品煤未能充分燃烧

这个问题应该根据实际情况进行分析，造成燃烧不充分的主要原因可能有以下三点：(1)样品煤的原因，可能是由于煤的挥发分太低或者含水量较高，此时需要更换样品重新检测；(2)氧气供应问题，可能是在检测过程中氧气供给不足，可以通过提高氧气压力，检测设备密闭性等方式，重新进行检测；(3)燃烧器皿的位置出现问题或者充氧速度太快，可以调整充氧速度和器皿的位置，重新进行检测。

3.2 器皿中难以点火的问题

这个问题也需要具体分情况进行分析，主要原因可能包括样品煤的含水量较高、挥发分过低、样品煤的颗粒较粗等。此外，也可能是由于供氧压力不足，氧气泄露导致不易燃烧，还有可能是燃烧器皿发生短路，需要对器皿进行维修或者更换器皿。

4 结语

综上所述，煤炭检测精确程度和煤炭企业的经济发展息息相关，只有提升了检测精度，对煤炭中水分、挥发分等指标都进行细致科学系统的检测，才能确定煤炭的质量，使得煤炭资源得到更好的利用。通过解决检测过程中出现的问题，及时更换先进检测设备等方式，可以有效提高煤炭检测的精度，为科学利用煤炭资源提供了技术保障。