煤质检验中主要指标误差解决方案与发展趋势

魏 缘

（山西省地质矿产研究院，山西 太原 030000）

对于煤质的检验检测是确保煤炭在生产作业中安全高效开采的重要条件之一，因此对操作技术具有较高的要求。但同时煤质检验结果的准确性会受到多方面因素的干扰，从而造成精确性降低、关键组分数据存在误差的现象[1]。面对这种情况，只有不断提高质检人的技术水平和从业素质、不断深入了解各组分指标产生误差的原因并掌握先进的检测技术，从而为煤质检验的结构提供保障[2-3]。

1 煤质检验关键指标存在误差的原因及解决方案

1.1 煤的发热量的预测

煤的发热量，又称煤炭大卡，是指单位质量的煤炭在完全燃烧时所释放出的能量总和。因此煤的发热量成为衡量煤炭品质、区别煤种的关键指标。目前针对煤发热量的确定采用最广泛的方法是计算弹筒量热仪测量反应物与生成物的焓差值[1]。该方法具有操作流程简单、容易掌握的优点，但由于需借助弹筒量热仪，在实际操作中存在由人为因素引起的误差，并且具有局限性。

笔者通过相关文献的查阅与整理，发现国内主流煤种指标普遍在此数值区间内：3.60%≤水分（质量分数）≤40.81%，3.11%≤灰分（质量分数）≤55.62%，5.35%≤挥发分（质量分数）≤37.90%，24.89%≤固定碳（质量分数）≤58.68%，12.71 MJ/kg≤发热量≤26.53 MJ/kg。Vapnik等[4-5]提出一种支持向量回归法（SVR），改方法在对Majumder和Parikh的方程模型进行了重构的基础上[3]，可以对煤的发热量进行数学预测，即公式（1）：

式中：w和b分别为权向量和偏差；φ（x）为核函数，是SVR解决非线性问题的关键。利用该公式选取煤样进行数学预测和试验实测，所得结果如图1所示。

图1 利用公式（1）对煤的发热量预测结果

可见，利用重构后SVR模型对国内主流煤种的发热量具有较好的预测结果，经过进一步的计算发现，传统测试方法与SVR模型所测得的结果误差在5%以内。同时，65%以上煤的发热量绝对误差低于0.5 MJ/kg；90%以上煤的发热量误差值在1 MJ/kg以内。由此表明SVR模型对煤的发热量预测有较高的准曲性。

1.2 煤中灰分的测定

灰分是影响煤炭品质的重要指标之一，灰分过高将致使煤的发热量转换率降低，利用价值大打折扣，所以针对灰分进行准确的检测十分必要。目前煤质的灰分的检测主要受以下几方面影响：样品称量准确性的影响；入炉灰化残渣的吸水性影响；燃烧温度的影响以及炉温的校准对测试结果的影响[4]。为了解决这几方面的因素，提出以下改进方法：

1）在对灰分测试的过程中，所使用的灰皿都必须要先在815℃±10℃的情况下来将温度灼烧到恒定的状态进而将其清洁处理后再放入干燥器中备用。

2）保持匀速加热，由常温加热至50℃的时长不低于30 min。马弗炉需配有排烟系统以便于SO2的有效排出和快速通氧。温度持续升高时，煤的氧化过程加快，需将马弗炉门留出15 mm左右的缝隙，以确保煤样的完全氧化和混杂气体的排出。

3）根据GB/T 212—2008的规定，称重前，需要对所用天平等仪器进行校准，并根据工作环境进行调整。取样粒度为＜0.2 mm的空气干燥基样，称量误差控制在5%以内，均匀平铺在灰皿底部，分布情况不超过0.15 g/cm2。

4）煤炭样本在完全燃烧后会形成灰化，首先需将煤灰在自然空气中进行冷却工作，之后再将煤灰置入干燥容器之中二次冷却，直到煤灰温度降至常温后执行称量工作。

1.3 煤中全硫的测定

硫是煤炭资源中的有害成分，含硫较高的煤炭不仅对环境有着极大地破坏，还制约着企业的生产利润。随着国内环保政策的日益严峻，准确地确定煤样中的含硫量并且进行脱硫工作，是企业提高自身竞争力的关键因素。煤中的硫分主要分为有机硫和无机硫，其中有机硫来源于煤炭本身，在煤中分布较为均匀，剥离较难；无机硫来源于煤炭外部，是进行工业脱硫的关键。因此，检验人员在检测过程中需注意：保持称样瓶的干净清洁无杂物，在样品分析前后需进行标准物质验证，称好的样品立即进行分析。

1.4 煤中焦油产率的测定

由于煤经过热解后生成的煤焦油是重要的化工原料，因此煤中焦油产率含量的比重是决定原煤化工用途的重要指标。在在煤样分析中需严格按照GB/T 1341进行格金干馏低温试验方法试验，并注意以下操作细节以提高试验准确性：

1）检验结果须符合检验标准，并可满足再现性要求。

2）试验过程避免煤样在低温干馏中出现迸溅现象，试验时长不低于6 h。

3）格金干馏管保持干净、清洁、无裂纹的，石棉垫开口朝向（与支管相反）推至刻度线处，煤样、石棉绒及石棉垫装好后，应尽快放入干馏炉中（防止吸收空气中的水分）。

4）将煤样推入干馏管时，保持匀速平稳的状态以防煤样迸溅。

5）当炉温升至300℃时，应快速将干馏管全部推入干馏炉中，在干馏即将结束时，需将冷凝器中的水温控制在15℃以下。

6）干馏完毕后，保持恒温30 min，若发现仍有烟气冒出，则延长恒温时间，直至无烟气冒出方可取出干馏管，控制水分蒸馏速度2-4滴/s，锥形瓶不能贴近砂浴底部。

1.5 其他组分的测定

煤的水分和挥发分的高低可以直接反映煤中无机物的含量，并对煤质产生影响。在对煤进行工业性试验分析的时候，为进一步减少误差、提高煤质检测的准确性，需要注意以下化解：

1）提高检验人员在实验过程中的操作熟练度，避免由于人员经验不足而导致的检测结果失准。

2）在对煤质进行水分检测之前，煤质检验人员需将电子天平清理干净、调准至水平在进行样本称重。例如：在对煤样水分进行测定时，当水分称量瓶、灰分埚、挥发分坩埚表面水分大于2%时，必须要恒重干燥，进行检查性干燥试验。

3）在对挥发分进行测定时，应检查马弗炉、烟囱及相关设备的密封性，并将煤样对角放置，原料煤及提质煤在检测过程中样品的前处理不同，但对于同一种煤质使用不同的检测方式可能会导致结果的不同，从而引起误差。

2 煤质检验发展趋势

目前煤质检验工作已经进入信息化时代，传统的设备已无法满足对煤质更加快速、高效、准确的检测要求。近些年，在西方国家已经有在线分析系统在煤质检验检测技术上的成功应用和商业推广[6]。该技术不尽可以大幅度的节约能源，减少煤样的制备，而且还具有准确率高、结果出具快的有点，对煤质检验检测行业带来了巨大冲击，在未来的质检工作中，在线分析仪将成为行业的发展趋势。

3 结语

在检测技术不断革新的当下，煤质检验检测人员必须要知道当前检测技术的发展现状和在试剂操作过程当中所存在的不足。在工作深入开展过程中，不断提高自身综合素质与技术水平，找到优化煤质检验检测程序的有效途径、分析其可靠性、经济性的准确性是必要的工作。同时，还需准确把握煤质检验检测技术的发展趋势和目标，了解数字化、自动化和智能化技术在煤质检验工作中的前景，进而促使煤质检验检测技术更好地发展和进步。