煤化工生產(chǎn)中煤質(zhì)分析的作用

馬治國

（新疆維吾爾自治區(qū)煤炭煤層氣測試研究所，烏魯木齊 830091）

煤質(zhì)分析是一種精細(xì)化工作，采集煤樣后，人們需要統(tǒng)一登記，并按照一定檢驗項目編制合理的檢驗計劃，其間應(yīng)確定煤樣的測試項目和基本屬性。在煤質(zhì)分析過程中，對于煤樣不足的問題，應(yīng)有針對性地進(jìn)行設(shè)計，確保所設(shè)計的化驗檢測項目能夠有效地反映煤炭整體質(zhì)量。煤質(zhì)分析過程極易受到外部因素的影響，故在煤炭樣品制備過程中應(yīng)確保所使用的儀器設(shè)備干凈無污染，在煤炭樣品制備過程中，若使用的儀器不潔凈則會影響煤質(zhì)化驗分析結(jié)果。故在煤質(zhì)分析過程中，應(yīng)在化驗實驗室內(nèi)制定合理的操作規(guī)程與流程，確保煤質(zhì)化驗程序的科學(xué)性，同時，在煤質(zhì)化驗過程中應(yīng)使用專業(yè)的設(shè)備將煤樣混合均勻，粉碎、收縮、篩分和干燥，并按照步驟和要求進(jìn)行煤質(zhì)分析[1-2]。

1 煤質(zhì)分析對煤化工生產(chǎn)的作用

1.1 工業(yè)分析

在煤質(zhì)的工業(yè)分析中，應(yīng)從水分、灰分和揮發(fā)性等方面進(jìn)行分析。在正常情況下，可以直接對水分、灰分、揮發(fā)性進(jìn)行化驗檢測，并且可以使用加法和減法等方法對煤炭中的固定碳進(jìn)行測定，通過測量煤的水分和灰分含量，可以確定煤質(zhì)中有機物和可燃物的百分比。

1.1.1 水分

在煤質(zhì)中，水分占比較大，而煤質(zhì)工業(yè)分析一般能夠按照水分的狀態(tài)將其細(xì)分為外在水分、內(nèi)部水分以及化合水。水分是煤質(zhì)中不可燃燒的部分，其對煤炭的加工生產(chǎn)質(zhì)量具有較大的影響，故在實際應(yīng)用過程中應(yīng)對水分比例進(jìn)行嚴(yán)格的控制。如果水分過大，則不利于煤炭的產(chǎn)出和焦炭產(chǎn)量，水分含量較少，則極易造成焦?fàn)t裝煤操作環(huán)境惡化，影響煤炭生產(chǎn)產(chǎn)量與質(zhì)量。

1.1.2 灰分

在煤質(zhì)中，灰分是一種大顆粒惰性組分，其硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤的硬度，但灰分并不是煤炭的固有成分，其能夠通過一系列的分解反應(yīng)與化合反應(yīng)，最終產(chǎn)生殘渣?；曳值某煞趾偷V物質(zhì)不同，這對煤的生產(chǎn)有直接影響。通常來說，肥煤和煉焦煤中的灰分含量較大，而氣煤的灰分含量較低，故在實際應(yīng)用中可將三種煤結(jié)合使用，進(jìn)而提升煤的使用效率[3-4]。

1.1.3 揮發(fā)分

煤在特定環(huán)境下能夠通過反應(yīng)分解為由水、碳?xì)浠衔锏冉M成的揮發(fā)分，故在煤炭煉焦過程中可充分利用其揮發(fā)分來有效地提高焦炭、焦油、氣體的轉(zhuǎn)化率與質(zhì)量，同時還有助于焦炭強度的提升。在焦化過程中，如果揮發(fā)分較低，則煤鍵的黏結(jié)性和可熔性可能較差，并且耐磨性可能降低。如果揮發(fā)分過高，則平均焦炭力會變小，使得焦炭的質(zhì)量有所下降，故在進(jìn)行煉焦時，應(yīng)合理控制煤的揮發(fā)分，以提升煤炭資源的生產(chǎn)質(zhì)量。

1.2 元素分析

如前所述，煤炭主要由硫、氫、氮、磷、碳和氧元素組成，但煤炭資源所處的環(huán)境不同使得其主要元素含量有所差異。例如，在我國北方區(qū)域煤質(zhì)中，硫元素的含量一般較低，其碳化過程所需要的時間相對短一些，而在我國南方區(qū)域煤質(zhì)中，由于其硫元素的含量較高，故其碳化過程所需要的時間較長。對于煤質(zhì)中存在的硫元素，按照其能否燃燒分為無機硫和有機硫，其中，有機硫是指可燃硫，如硫化鐵硫；無機硫為不可染硫，如硫酸鹽硫。煤質(zhì)中硫元素含量的多少會對鋼鐵制造加工的質(zhì)量與產(chǎn)量產(chǎn)生影響，此外，在煉焦時，一般要求企業(yè)采取一定的脫硫措施對煤質(zhì)硫元素含量進(jìn)行控制，脫硫技術(shù)的使用是煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對煤質(zhì)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。

1.3 工藝性質(zhì)分析

工藝性質(zhì)分析主要是指對煤質(zhì)黏結(jié)性的分析，測定黏結(jié)性通常可借助黏結(jié)指數(shù)法、膠質(zhì)層指數(shù)法。煤質(zhì)黏結(jié)性能一般取決于煤質(zhì)膠質(zhì)體的數(shù)量與質(zhì)量，此外，在煉焦過程中，煤質(zhì)黏結(jié)性會影響煉焦煤的強度，因此，在進(jìn)行煤化工生產(chǎn)時應(yīng)對煤質(zhì)工藝性質(zhì)進(jìn)行分析，確保煤質(zhì)化工生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

2 影響煤質(zhì)分析準(zhǔn)確性的因素

2.1 水分測定因素

在煤質(zhì)檢驗前的整個過程中，應(yīng)保證煤樣中的水分不變，既不增加也不降低，煤樣中的水分不變是準(zhǔn)確測定煤樣水分的基礎(chǔ)，故在進(jìn)行煤質(zhì)分析時應(yīng)重點考慮如何高效、快速地制備完成煤樣品，應(yīng)將制備完成的煤樣品置于陰涼、密封良好的容器內(nèi)。當(dāng)操作人員將制備完成的煤樣品送至實驗室后，檢測人員應(yīng)及時對煤樣進(jìn)行測試與分析，防止其因長時間放置而受到外部環(huán)境影響，造成煤質(zhì)化驗結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。

2.2 灰分測定因素

灰分主要由煤炭內(nèi)的無機物與有機物組成，對煤炭密度、發(fā)熱量有直接影響。在對煤炭進(jìn)行灰分測定時，應(yīng)首先對灰分檢測設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保其質(zhì)量、精度滿足要求，例如，可重點檢查坩堝、馬弗爐。此外，為確保煤樣品灰分產(chǎn)率測定的準(zhǔn)確性，應(yīng)將三氧化硫的反應(yīng)降至最低，保證煤樣品內(nèi)硫酸鹽經(jīng)反應(yīng)后全部分解。

2.3 硫測定因素

庫侖滴定法可用于確定和分析煤質(zhì)中的硫元素含量，該測定方法具有精度高、操作簡單等優(yōu)點。在使用該測定方法對煤樣品中硫元素含量進(jìn)行測定時，應(yīng)注意對空氣流量的控制，結(jié)合實際工作經(jīng)驗來看，空氣流量控制在1 000 mL/min 為最佳，當(dāng)空氣流量小于1 000 mL/min 時煤燃燒不充分，并且溴和碘等元素的揮發(fā)和擴(kuò)散受到很大程度的限制，最終導(dǎo)致煤樣品硫元素測定結(jié)果低于實際值。當(dāng)空氣流量大于1 000 mL/min 時，未滴定的二氧化硫會伴隨進(jìn)入的空氣而被析出電解池，最終同樣導(dǎo)致煤質(zhì)硫元素測定結(jié)果偏小。此外，在煤質(zhì)硫元素測定時，除了要對空氣流量進(jìn)行嚴(yán)格控制外，還需要對攪拌速度進(jìn)行把控，根據(jù)不同的煤質(zhì)特性，可以根據(jù)實際需要適當(dāng)調(diào)節(jié)攪拌速度，以減少攪拌對電解槽的損害。結(jié)合工作經(jīng)驗來看，一般將攪拌速度設(shè)置為500 r/min 最佳[5]。

2.4 發(fā)熱量影響因素

對煤炭發(fā)熱量起決定性影響的是水溫和室溫，通常而言，為確保發(fā)熱量測定的精確性，應(yīng)保證室溫穩(wěn)定，其變化幅度不得大于1 K，而外筒與室溫的最適宜溫差應(yīng)為1.5 K。同時，為保證充氧后氧彈密閉性能較好，在完成氣密性測定后應(yīng)對氧彈的耐壓性能進(jìn)行檢測與確定。

3 提高煤質(zhì)分析準(zhǔn)確性的方法

3.1 取樣

煤炭資源是一種基礎(chǔ)性能源，但煤炭資源的組分復(fù)雜且各地煤炭資源質(zhì)量不一，因此有必要遵循樣品采集和制備過程的操作規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而確保煤樣檢驗?zāi)艹浞址从趁禾空w產(chǎn)品的性質(zhì)。而在煤質(zhì)分析過程中，煤炭樣品的采集與制備是確保煤質(zhì)分析結(jié)果精確的基礎(chǔ)，如果采集制備完成的煤樣品不具有代表性，不能全面地反映出煤質(zhì)的整體性質(zhì)，則煤質(zhì)化驗分析失去原有意義，因此煤樣品的采集與制備是確保煤質(zhì)化驗結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。故在實際采樣過程中應(yīng)準(zhǔn)確地把控好煤樣采集點位置的選取，確保所選取的煤樣采集點可以對煤質(zhì)進(jìn)行整體的反映。

在煤樣品制備前，應(yīng)為預(yù)生產(chǎn)做準(zhǔn)備。一是煤樣數(shù)量登記，確定煤樣檢測項目；二是根據(jù)煤樣和測試項目的難度確定樣品制備方案，減少煤樣損壞，達(dá)到煤樣的要求。當(dāng)煤樣和檢驗項目較少時，應(yīng)制定更詳細(xì)的樣品制備計劃，其不僅要保證煤樣的代表性，還要符合試驗項目的具體要求。同時，為了防止煤樣受到污染，應(yīng)保證所使用檢測設(shè)備、樣品臺面、器皿等潔凈，或在煤樣處理前，一些接近原煤樣品的廢煤樣品應(yīng)該提前準(zhǔn)備。為了防止不同煤樣相互污染，應(yīng)盡可能使用特殊機器以減少測量誤差。此外，在進(jìn)行煤樣品破碎均勻處理時，應(yīng)注意盡量確保空氣平衡，以完備的煤樣制取系統(tǒng)將煤炭質(zhì)量和顆粒度控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

3.2 誤差控制

控制煤樣檢測誤差是提升煤質(zhì)分析結(jié)果精確性的另一關(guān)鍵。在進(jìn)行煤質(zhì)檢測和分析時，實驗室通常采用化學(xué)和物理方法，再利用特定檢測技術(shù)對煤樣品性質(zhì)與質(zhì)量進(jìn)行測試。通常，煤質(zhì)化驗需要借助較多的儀器與設(shè)備，而儀器設(shè)備和需使用的化學(xué)試劑種類的繁多使得試驗結(jié)果容易因設(shè)備精度不足、操作不規(guī)范以及外部環(huán)境影響而出現(xiàn)誤差。有鑒于此，在進(jìn)行煤質(zhì)化驗前，應(yīng)確?；炈褂玫膬x器設(shè)備干凈，另外，應(yīng)校準(zhǔn)儀器設(shè)備的精度，并根據(jù)實際化驗特點對煤質(zhì)分析的各個試驗環(huán)節(jié)、步驟、檢測方法、分析結(jié)果進(jìn)行計劃與安排，從根本上確保整個煤質(zhì)化驗過程精度較高，試驗誤差控制在合理的范圍內(nèi)。

從筆者自身工作經(jīng)驗來看，分析誤差的產(chǎn)生是影響煤質(zhì)分析結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，因此在分析煤質(zhì)檢測結(jié)果之前，操作人員應(yīng)首先進(jìn)行質(zhì)量管理培訓(xùn)和技術(shù)培訓(xùn)。要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行分析，禁止私下更改測試結(jié)果，尊重測試結(jié)果，確保結(jié)果的可靠性。為了提高操作員的技術(shù)水平，可以采用評估系統(tǒng)。獲得煤質(zhì)分析結(jié)果后，應(yīng)制作一份包含實驗室人員記錄、名稱、服務(wù)年限、性別、樣品制備和抽樣等的表格，并記錄實際分析結(jié)果。

3.3 檢測方式

在煤質(zhì)分析過程中，除特殊規(guī)定外，應(yīng)使用純試劑進(jìn)行分析。溶液配制應(yīng)牢牢把握“精，細(xì)，嚴(yán)，松”四個方面，即應(yīng)根據(jù)溶液的準(zhǔn)確性和濃度配制溶液。準(zhǔn)備好溶液后，選擇適當(dāng)?shù)娜萜鬟M(jìn)行保存。對于那些在陽光下容易揮發(fā)和分解的試劑，應(yīng)將它們放入棕色瓶中并在黑暗中儲存。在含有溶液的瓶子上，應(yīng)標(biāo)明溶液的名稱、濃度、配方設(shè)計師和制備日期。

在進(jìn)行煤質(zhì)檢測分析時，常用的設(shè)備為自動量熱儀器，其具有較高的環(huán)保性。目前，煤質(zhì)檢測分析已經(jīng)不再使用汞性溫度計進(jìn)行測定，自動量熱儀器的使用有效地避免傳統(tǒng)測定過程中出現(xiàn)的溫度計破碎而造成汞泄露，進(jìn)而污染檢測樣品的問題。同時，在進(jìn)行碳?xì)湓囼灂r，通常需使用一定的催化劑，主要目的是避免在反應(yīng)過程中重金屬元素產(chǎn)生的殘渣污染環(huán)境。另外，對煤種硫元素形態(tài)的確定主要是通過氧化還原反應(yīng)，而催化劑的使用也有助于確定硫元素形態(tài)?？傮w而言，煤質(zhì)分析的主要目的是了解煤樣品的組分和性質(zhì)，以提升煤炭的整體利用效率。因此，在煤質(zhì)分析過程中，人們應(yīng)結(jié)合煤樣品特點，確定有效的檢測手段，盡可能地防止反應(yīng)過程中有毒、有害物質(zhì)的泄露，以免造成環(huán)境污染。

4 結(jié)論

煤質(zhì)分析對煤炭開采質(zhì)量與數(shù)量具有重要的影響，故檢測人員在進(jìn)行煤質(zhì)分析時不僅要嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測定，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，還應(yīng)配合勘察人員對煤層勘查結(jié)果的真實度進(jìn)行分析，確保各類煤質(zhì)高效利用。在實際應(yīng)用中，各種因素會對煤的水分、灰分、硫、發(fā)熱量的測定與確定產(chǎn)生影響，為提高煤質(zhì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性并將誤差降至最低，操作人員應(yīng)善于判斷和分析化驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，按照有關(guān)測量標(biāo)準(zhǔn)，探討問題產(chǎn)生的原因，最終得到最有效、最準(zhǔn)確的煤質(zhì)分析控制方法。