煤炭中外水分对发热量的影响探讨

冯伟（内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特010020）

0 引言

随着市场经济的快速发展，人们对煤炭的需求量越来越多，相关人员也开始重点关注煤炭行业的发展及其影响因素。为了提高煤炭的质量，很多专业人员开始研究煤炭中外水分对发热量的影响，努力将发热量提升到理想状态。从专业角度来说，煤炭发热量的高低与煤化程度有很大关系，而煤化程度正是由外水分的含量决定的。如果煤化程度越高，就代表外水分含量越低，最终导致煤炭发热量越高。而外水分，则是煤炭中含有的水分减去内水分，它与煤炭发热量成反比关系，指标值越大，发热量就越低。我们生活中常见的一种提高煤炭质量的方法是水洗煤，这也是比较普遍使用的一种方法，但是，这种方法的最大缺点是会损失煤炭的质量。水洗煤其实是通过对煤炭进行清洗，水分保持不变，灰分减少，从而提升煤炭的品质。如果一直沿用这种方法，用水清洗煤炭，质量会大幅度下降，虽然煤炭发热量得到了提升，但还是存在很多漏洞，需要深入分析，找到比较好的解决办法。

1 煤炭发热量研究的必要性

研究表明，煤炭的发热量越高，热效率就越高，煤炭消耗量也就越多，所以我们为了节约煤炭使用量，就要讨论煤炭发热量。煤炭在发热的过程中，是因为内部物质发生了改变，利用自身的燃烧转化为热能，外水分在这时会呈现出大量下降的趋势。结合实际的情况来看，煤炭在成形过程中，灰分不能超过10%的原煤的发热量，最晚煤化程度最低的泥炭发热量最低。这样的情况对煤炭发热量的降低没有任何帮助，因为在这个过程中烟煤还会发热量增加，虽然挥发质量在减少，但还是要控制煤炭的发热量。

2 煤炭发热量研究提出的问题

2.1 煤炭发热量的各项指标

目前，煤炭发热研究主要聚焦在热量产生的问题，这跟煤化程度相关，腐酸值相对来说会呈下降趋势，从而提高煤炭的发热量。从另一个角度来说，当煤炭中的水分在上升时，煤化程度就越来越低，促使煤炭中的其他含量与之增加，带来的结构就是煤炭发热量下降。以上分析，就能很好的说明了我们之前得出的结论：指标越大，煤炭发热量越低。在实际的煤炭使用过程中，经常使用水洗煤的方式，目的都是为了提高煤炭的质量。虽然这种过程中，煤炭的重量会面临一部分的损耗，但是它很好的保障了煤炭中水分含量的平衡，使灰分部分减少。不管怎么说，水洗煤仍然是一种有利的方式，在一定程度上降低了煤炭的发热量，提升了煤炭的品质，使广大人民群众放心使用。

2.2 发热量影响因素及机理

所谓煤炭的发热量，它是指一定质量的煤炭，当完全燃烧时产生的热量。即使是同一批次的煤炭，在不同的燃烧条件下。发热量也不相同。而且，根据不同的燃烧条件，我们还将发热量分为以下几种，弹筒发热量、高位发热量以及低位发热量；再根据煤样的状态进行划分，发热量又有以下几种表达形式，常用到的是空气干燥基和收到基。这几项指标又可以互相叠加，构成新的指标函数。

发热量的影响机理如下：煤样经过高温燃烧后，本身会发生一系列的化学反应，既有我们常见的放热反应，也有少部分的吸热反应。发热量数值的高低完全取决于煤炭中可燃物的含量，还有其他挥发成分，S 和H 是极易可燃的元素代表。另外，煤炭中水分在燃烧过程中会产生物理变化，经过汽化吸收空气中的大部分热量，从气态变化为液态又会放出热量。吸收的热量和放出的热量达到平衡状态，所以，这点就验证了煤炭中水分的化学反应并不是造成发热量降低的原因。通过其他的真实案例，总结出了影响煤炭中发热量降低的真正原因，煤样的水分较大，才会使发热量测定结果偏低的主要原因。

3 煤炭发热量问题分析

3.1 外水分的变化

在煤炭产生热量的同时，不仅会有外观上的改变，而且煤炭质量也会发生明显下降，其中水分与灰分的变化直接影响着煤炭的发热量。为了更明确的阐述这几个指标之间的比例关系，我们即将通过以下举例进行论证：首先，做一个假设，现在有四项固定的指标，分别是煤炭质量、水分、灰分以及固定碳，在讨论比例关系时，尽量排除其他因素的干扰。然后，取一定质量的煤炭，通过测试得到它的发热量，而且还必须要保证得到的发热量是由固定碳产生的。我们再对水分和灰分进行监控，一旦这两个指标发生波动，必然会引起煤炭质量的变化，最终就会带动固定碳的数值与其他指标比例下降。同理可得，如果水分先发生变化，那也会影响煤炭的发热量变化，为了能更加直观的感受变化现象，我们接下来进行具体事例分析。

第一步，我们将默认为水分、灰分、固定碳三者之和为煤炭质量，记录下煤炭产生的热量，经过冲洗之后，可能会出现两种结果。一种是煤炭质量不发生改变，经过分析可以得到，经过水冲洗以后，煤炭增加的水分与水冲洗掉的灰分在质量上是相等的，固定碳也不会发生改变。如果实验条件又完全相同，灰分含量降低，水分不变，那么固定碳在整个含量的比例中就随之增加。另外一种情况就比较复杂了，煤炭质量可能会上升，也可能会下降，先来讨论质量上升的情况。煤炭质量在经过冲洗后增大，这种情况下是因为煤炭中的水分发生变化，使外灰分被水冲洗。如果煤炭质量在经过冲洗后减小，则是因为外灰分的质量虽然被水冲洗了，但是剩余在煤炭中的质量仍然大于水分质量。水分在煤炭中属于无用的物质，需要在高温燃烧下才会挥发出来，但正好是挥发的过程中影响了煤炭的发热量。

3.2 指标选择

实验室实际测得的发热量是空干基弹筒发热量，其他的发热量都是由此计算出来的，计算过程中会自动扣除H、S、N等元素的影响，在不同基准下进行转换。一般的计算过程，这些元素会造成不同程度的影响，带来发热量的误差，从而降低了煤炭质量的评价。所以，在工业生产中，尽量要避免这些因素的影响，选择合适的指标。同时，想要做到这些，就得满足前提条件：即煤样在制备过程中必须进行充分的干燥，这样才能保障煤样达到干燥状态，从而减小煤样含水量对发热量的影响。南北方的气候差异，空气的湿度不同，分析煤样的数据时需要注意到这一点，最终还是要以弹筒发热量为准。为了适应不同地区的环境湿度和制样条件，主要还是为了消除水分对煤样发热量的影响，常常换用其他指标，稳定分析发热量的变化。控制指标是为了更精准的把握煤炭发热量的变化，尤其是外水分的影响，因此干燥基弹筒发热量成为煤炭质量的主要指标。

但是，就算以上讨论的都是有利于发热量降低的案例，我们仍然不能忽略的一个问题是，以上都属于理论假设，在工业生产实际操作情况中，很难会有同一批次的煤炭，至于操作条件控制起来也具有一定的难度。水洗煤的过程中势必会引起煤炭中水分、灰分的变化，甚至是煤炭中其他的硫元素、氢元素挥发减少。所以，理论分析只能作为单方面的参考，具体情况还是应该以实际操作过程为准。

4 结语

综上所述，在实际操作过程中不仅要保证研究过程中煤炭的质量，还要综合考虑到其他影响因素，尤其是煤炭中外水分对发热量的影响。用水冲洗的方式，虽然会让煤炭质量有所下降，但是如果能控制好空气干燥条件，确保煤炭中的水分和灰分，以及煤炭中固定碳的含量，就能有效降低发热量。所以，相关人员必须高度重视这一问题，利用当前的技术提高煤炭质量，将煤炭行业创新发展，造福于人们群众。