煤化工生产中煤质分析的作用

马治国

（新疆维吾尔自治区煤炭煤层气测试研究所，乌鲁木齐 830091）

煤质分析是一种精细化工作，采集煤样后，人们需要统一登记，并按照一定检验项目编制合理的检验计划，其间应确定煤样的测试项目和基本属性。在煤质分析过程中，对于煤样不足的问题，应有针对性地进行设计，确保所设计的化验检测项目能够有效地反映煤炭整体质量。煤质分析过程极易受到外部因素的影响，故在煤炭样品制备过程中应确保所使用的仪器设备干净无污染，在煤炭样品制备过程中，若使用的仪器不洁净则会影响煤质化验分析结果。故在煤质分析过程中，应在化验实验室内制定合理的操作规程与流程，确保煤质化验程序的科学性，同时，在煤质化验过程中应使用专业的设备将煤样混合均匀，粉碎、收缩、筛分和干燥，并按照步骤和要求进行煤质分析[1-2]。

1 煤质分析对煤化工生产的作用

1.1 工业分析

在煤质的工业分析中，应从水分、灰分和挥发性等方面进行分析。在正常情况下，可以直接对水分、灰分、挥发性进行化验检测，并且可以使用加法和减法等方法对煤炭中的固定碳进行测定，通过测量煤的水分和灰分含量，可以确定煤质中有机物和可燃物的百分比。

1.1.1 水分

在煤质中，水分占比较大，而煤质工业分析一般能够按照水分的状态将其细分为外在水分、内部水分以及化合水。水分是煤质中不可燃烧的部分，其对煤炭的加工生产质量具有较大的影响，故在实际应用过程中应对水分比例进行严格的控制。如果水分过大，则不利于煤炭的产出和焦炭产量，水分含量较少，则极易造成焦炉装煤操作环境恶化，影响煤炭生产产量与质量。

1.1.2 灰分

在煤质中，灰分是一种大颗粒惰性组分，其硬度远远大于煤的硬度，但灰分并不是煤炭的固有成分，其能够通过一系列的分解反应与化合反应，最终产生残渣。灰分的成分和矿物质不同，这对煤的生产有直接影响。通常来说，肥煤和炼焦煤中的灰分含量较大，而气煤的灰分含量较低，故在实际应用中可将三种煤结合使用，进而提升煤的使用效率[3-4]。

1.1.3 挥发分

煤在特定环境下能够通过反应分解为由水、碳氢化合物等组成的挥发分，故在煤炭炼焦过程中可充分利用其挥发分来有效地提高焦炭、焦油、气体的转化率与质量，同时还有助于焦炭强度的提升。在焦化过程中，如果挥发分较低，则煤键的黏结性和可熔性可能较差，并且耐磨性可能降低。如果挥发分过高，则平均焦炭力会变小，使得焦炭的质量有所下降，故在进行炼焦时，应合理控制煤的挥发分，以提升煤炭资源的生产质量。

1.2 元素分析

如前所述，煤炭主要由硫、氢、氮、磷、碳和氧元素组成，但煤炭资源所处的环境不同使得其主要元素含量有所差异。例如，在我国北方区域煤质中，硫元素的含量一般较低，其碳化过程所需要的时间相对短一些，而在我国南方区域煤质中，由于其硫元素的含量较高，故其碳化过程所需要的时间较长。对于煤质中存在的硫元素，按照其能否燃烧分为无机硫和有机硫，其中，有机硫是指可燃硫，如硫化铁硫；无机硫为不可染硫，如硫酸盐硫。煤质中硫元素含量的多少会对钢铁制造加工的质量与产量产生影响，此外，在炼焦时，一般要求企业采取一定的脱硫措施对煤质硫元素含量进行控制，脱硫技术的使用是煤炭产业发展的关键环节，对煤质化工产业的发展具有深远的影响。

1.3 工艺性质分析

工艺性质分析主要是指对煤质黏结性的分析，测定黏结性通常可借助黏结指数法、胶质层指数法。煤质黏结性能一般取决于煤质胶质体的数量与质量，此外，在炼焦过程中，煤质黏结性会影响炼焦煤的强度，因此，在进行煤化工生产时应对煤质工艺性质进行分析，确保煤质化工生产的稳定性。

2 影响煤质分析准确性的因素

2.1 水分测定因素

在煤质检验前的整个过程中，应保证煤样中的水分不变，既不增加也不降低，煤样中的水分不变是准确测定煤样水分的基础，故在进行煤质分析时应重点考虑如何高效、快速地制备完成煤样品，应将制备完成的煤样品置于阴凉、密封良好的容器内。当操作人员将制备完成的煤样品送至实验室后，检测人员应及时对煤样进行测试与分析，防止其因长时间放置而受到外部环境影响，造成煤质化验结果出现较大误差。

2.2 灰分测定因素

灰分主要由煤炭内的无机物与有机物组成，对煤炭密度、发热量有直接影响。在对煤炭进行灰分测定时，应首先对灰分检测设备进行严格检查，确保其质量、精度满足要求，例如，可重点检查坩埚、马弗炉。此外，为确保煤样品灰分产率测定的准确性，应将三氧化硫的反应降至最低，保证煤样品内硫酸盐经反应后全部分解。

2.3 硫测定因素

库仑滴定法可用于确定和分析煤质中的硫元素含量，该测定方法具有精度高、操作简单等优点。在使用该测定方法对煤样品中硫元素含量进行测定时，应注意对空气流量的控制，结合实际工作经验来看，空气流量控制在1 000 mL/min 为最佳，当空气流量小于1 000 mL/min 时煤燃烧不充分，并且溴和碘等元素的挥发和扩散受到很大程度的限制，最终导致煤样品硫元素测定结果低于实际值。当空气流量大于1 000 mL/min 时，未滴定的二氧化硫会伴随进入的空气而被析出电解池，最终同样导致煤质硫元素测定结果偏小。此外，在煤质硫元素测定时，除了要对空气流量进行严格控制外，还需要对搅拌速度进行把控，根据不同的煤质特性，可以根据实际需要适当调节搅拌速度，以减少搅拌对电解槽的损害。结合工作经验来看，一般将搅拌速度设置为500 r/min 最佳[5]。

2.4 发热量影响因素

对煤炭发热量起决定性影响的是水温和室温，通常而言，为确保发热量测定的精确性，应保证室温稳定，其变化幅度不得大于1 K，而外筒与室温的最适宜温差应为1.5 K。同时，为保证充氧后氧弹密闭性能较好，在完成气密性测定后应对氧弹的耐压性能进行检测与确定。

3 提高煤质分析准确性的方法

3.1 取样

煤炭资源是一种基础性能源，但煤炭资源的组分复杂且各地煤炭资源质量不一，因此有必要遵循样品采集和制备过程的操作规范和标准，进而确保煤样检验能充分反映煤炭整体产品的性质。而在煤质分析过程中，煤炭样品的采集与制备是确保煤质分析结果精确的基础，如果采集制备完成的煤样品不具有代表性，不能全面地反映出煤质的整体性质，则煤质化验分析失去原有意义，因此煤样品的采集与制备是确保煤质化验结果准确的基础。故在实际采样过程中应准确地把控好煤样采集点位置的选取，确保所选取的煤样采集点可以对煤质进行整体的反映。

在煤样品制备前，应为预生产做准备。一是煤样数量登记，确定煤样检测项目；二是根据煤样和测试项目的难度确定样品制备方案，减少煤样损坏，达到煤样的要求。当煤样和检验项目较少时，应制定更详细的样品制备计划，其不仅要保证煤样的代表性，还要符合试验项目的具体要求。同时，为了防止煤样受到污染，应保证所使用检测设备、样品台面、器皿等洁净，或在煤样处理前，一些接近原煤样品的废煤样品应该提前准备。为了防止不同煤样相互污染，应尽可能使用特殊机器以减少测量误差。此外，在进行煤样品破碎均匀处理时，应注意尽量确保空气平衡，以完备的煤样制取系统将煤炭质量和颗粒度控制在标准之内。

3.2 误差控制

控制煤样检测误差是提升煤质分析结果精确性的另一关键。在进行煤质检测和分析时，实验室通常采用化学和物理方法，再利用特定检测技术对煤样品性质与质量进行测试。通常，煤质化验需要借助较多的仪器与设备，而仪器设备和需使用的化学试剂种类的繁多使得试验结果容易因设备精度不足、操作不规范以及外部环境影响而出现误差。有鉴于此，在进行煤质化验前，应确保化验所使用的仪器设备干净，另外，应校准仪器设备的精度，并根据实际化验特点对煤质分析的各个试验环节、步骤、检测方法、分析结果进行计划与安排，从根本上确保整个煤质化验过程精度较高，试验误差控制在合理的范围内。

从笔者自身工作经验来看，分析误差的产生是影响煤质分析结果准确性的关键因素，因此在分析煤质检测结果之前，操作人员应首先进行质量管理培训和技术培训。要严格按照标准规定进行分析，禁止私下更改测试结果，尊重测试结果，确保结果的可靠性。为了提高操作员的技术水平，可以采用评估系统。获得煤质分析结果后，应制作一份包含实验室人员记录、名称、服务年限、性别、样品制备和抽样等的表格，并记录实际分析结果。

3.3 检测方式

在煤质分析过程中，除特殊规定外，应使用纯试剂进行分析。溶液配制应牢牢把握“精，细，严，松”四个方面，即应根据溶液的准确性和浓度配制溶液。准备好溶液后，选择适当的容器进行保存。对于那些在阳光下容易挥发和分解的试剂，应将它们放入棕色瓶中并在黑暗中储存。在含有溶液的瓶子上，应标明溶液的名称、浓度、配方设计师和制备日期。

在进行煤质检测分析时，常用的设备为自动量热仪器，其具有较高的环保性。目前，煤质检测分析已经不再使用汞性温度计进行测定，自动量热仪器的使用有效地避免传统测定过程中出现的温度计破碎而造成汞泄露，进而污染检测样品的问题。同时，在进行碳氢试验时，通常需使用一定的催化剂，主要目的是避免在反应过程中重金属元素产生的残渣污染环境。另外，对煤种硫元素形态的确定主要是通过氧化还原反应，而催化剂的使用也有助于确定硫元素形态。总体而言，煤质分析的主要目的是了解煤样品的组分和性质，以提升煤炭的整体利用效率。因此，在煤质分析过程中，人们应结合煤样品特点，确定有效的检测手段，尽可能地防止反应过程中有毒、有害物质的泄露，以免造成环境污染。

4 结论

煤质分析对煤炭开采质量与数量具有重要的影响，故检测人员在进行煤质分析时不仅要严格遵循标准要求进行测定，确保分析结果的准确性，还应配合勘察人员对煤层勘查结果的真实度进行分析，确保各类煤质高效利用。在实际应用中，各种因素会对煤的水分、灰分、硫、发热量的测定与确定产生影响，为提高煤质分析结果的准确性并将误差降至最低，操作人员应善于判断和分析化验结果的准确性，按照有关测量标准，探讨问题产生的原因，最终得到最有效、最准确的煤质分析控制方法。