煤炭中全水分对发热量的影响分析

2023-01-14潘倩

山西化工 2022年5期

关键词：发热量煤样低位

潘倩

（山西国金电力有限公司，山西吕梁 032100）

引言

煤炭作为当前社会应用最广泛的动力燃料，其发热量与经济价值成正比关系，但是由于煤炭存储问题，或是煤炭需要加工洗选，导致煤炭中的全水分过高。因此，为使煤炭能够实现最大发热量，应掌握全水分对发热量的影响，从而落实实验室管理等诸多解决措施。

1 全水分相关概述

所谓全水分，主要是指煤炭内外存在的水分，前者存在于煤炭毛细孔内，后者则存在于非毛细孔和煤炭表面与缝隙中的水分，即表面水分[1]。在日常煤炭相关工作中，很难分出这两种水分，但是为了提高煤炭的经济价值，需要开展实验室分析对煤炭全水分进行检测与区分。一般情况下采取的区分方法是对空气湿度进行调整，当煤炭和空气达到湿度平衡时，那么仍存在于煤炭的水分就是内在水分，而消失的水分为外在水分。作为影响煤炭发热量的关键要素，全水分代表刚被开采出来，或是单位刚接收到和即将投入使用时煤炭的水分。

2 分析全水分对煤炭发热量的影响

煤炭以发热量计价，随着社会的发展煤炭价格逐渐趋近于使用价值，发热量计价方式逐渐细化，比如限定最低发热量，或是以卡计价等，但无论如何变化，发热量都是实验室测定及计算而来，计算结果直接影响煤炭最终的经济价值。因此，应分析全水分对煤炭发热量的影响，具体如下：

2.1 发热量计算公式分析影响

发热量作为表征煤炭特性的综合指标，为掌握全水分对煤炭发热量所造成影响的规律，抽取某煤矿两个月的监测统计表，经审查，分析依据共为87 个，之后以发热量区间为依据对煤样进行分析与排序，结果为：当发热量在20.9 kJ/g 时，煤样数为5 个，占煤样总数比例为5.56%，全水分在26.6%～17.8%范围内；当发热量区间为20.9 kJ/g～21.3 kJ/g 时，煤样数为6 个，占总数的6.67%，全水分在22.2%～20.2%范围内；当发热量区间为21.3 kJ/g～21.8 kJ/g 时，煤样数为6 个，占总数的17.78%，全水分在21.6%～16.2%范围内；当发热量区间为21.8 kJ/g～22.2 kJ/g时，煤样数为23 个，占总数的25.56%，全水分在20.1%～17.4%范围内；当发热量为22.2 kJ/g时，煤样数为37 个，占总数的41.11%，全水分在20.0%～12.7%范围内。由此可见，当地位发热量区间为100 大卡时，煤炭全水分区间分布较广，而且，煤炭发热量较低时，煤炭全水分含量较高，所以，煤炭发热量的高低与其全水分含量的大小具有直接关系，且其发热量会随着全水分含量的增加有所下降[2]。此外，由于存在多种要素影响煤炭发热量，所以还需要使用低位发热量的计算公式分析全水分对煤炭发热量的影响，计算公式为：Qnet，ar=（Qgr，ad-206Had）×[（100-Mt）/100-Mad]-23Mt。式中：Qgr，ad为空气干燥时煤样的恒荣高位发热量，J/g，Qnet，ar为煤炭低位发热量，kJ/kg；Had为煤样中H 元素测定值，%；Mad为空气干燥基水分，%；Mt为全水分，%。由该计算公式可将，影响煤炭发热量的要素有水分、全水分、H元素含量、弹筒发热量，这些要素之间具有十分紧密的联系，为进一步获得全水分对煤炭发热量的影响，根据该计算公式内涵要素进行如下分析。

1）以全水分区间为基础进行划分与排序。当煤炭全水分在16%以下时，煤样数为6 个，占煤样总数比例为11.32%，低位发热量在23.0 kJ/g～23.3 kJ/g范围内；当全水分区间在16.0%～17.0%时，煤样数为6 个，占总数的11.32%，低位发热量在22.6 kJ/g～23.2 kJ/g范围内；当煤炭全水分在17.0%～18.0%时，煤样数为9 个，占煤样总数比例为16.98%，低位发热量在21.6 kJ/g～22.6 kJ/g范围内；当煤炭全水分在18.0%～19.0%时，煤样数为7 个，占煤样总数比例为13.21%，低位发热量在21.3 kJ/g～22.6 kJ/g范围内；当煤炭全水分在19.0%～20.0%时，煤样数为13 个，占煤样总数比例为24.53%，低位发热量在21.3 kJ/g～22.2 kJ/g范围内；当煤炭全水分在20.0%～21.0%%时，煤样数为9 个，占煤样总数比例为16.98%，低位发热量在20.9 kJ/g～22.2 kJ/g范围内；当全水分大于21.0%时，煤样数为3 个，占总数的5.66%，没有低位发热量。由此可见，当煤炭全水分在17%以下时，其发热量在22.6 kJ/g以上，整体较高且相对稳定，但是随着煤炭全水分的增加，其发热量出现波动区间，且发热量不断降低。综上，当煤炭全水分区间较小时，其发热量较高，二者成反比例关系。

2）假设全水分是变量，而水分、H 元素含量以及弹筒发热量是固定不变的，煤炭发热量计算与比较数据为：H 含量为4.42%，水分为9.24%，弹筒发热量为26 067 J/g 时，当煤炭全水分为17.9%时，其低位发热量为22.3 kJ/g；当煤炭全水分为19.9%时，其低位发热量为22.0 kJ/g；当煤炭全水分为16.9%时，其低位发热量为22.6 kJ/g。在该煤样均值条件下，并将参数带入到Qnet，ar=（Qgr，ad-206Had）×[（100-Mt）/100-Mad]-23Mt中，可以得出，当在提高1%的煤炭全水分含量时，将会给煤炭发热量带来较大的变化波动，低位发热量随之出现变化，可能提高或是降低0.30 kJ/g。

2.2 影响结论

由此可见，煤炭发热量受到多种因素的影响，其中与全水分线性关系较差，但是全水分对煤炭发热量影响较大，具体影响规律为：低位发热量在20.9 kJ/g～23.3 kJ/g范围内，当煤炭全水分含量提高1%时，煤炭发热量会降低0.30 kJ/g；当煤炭全水分含量下降1%时，煤炭发热量会提高0.30 kJ/g。

3 应对煤炭全水分对其发热量影响的有效措施

发热量作为衡量煤炭经济价值的重要指标，应对煤炭全水分含量进行控制，以此应对该因素对发热量的影响，具体措施如下：

实验室分析是决定煤炭最终经济价值的重要环节，为实现合理的煤炭销售计价，主要工作之一就是做好化验室改革，落实全面的存放和管理，以此保证煤样质量，降低全水分对煤炭的影响。比如，合理保管煤样，掌握煤样与性质以及存储外部环境之间的关系，避免煤样变质，比如可以在存储煤样时使用（NH4）2SO4以及NH4O3等化学试剂，从而吸收空气中的水分，降低煤样中的全水分含量。此外，在存放煤样时，要保证容器具有良好密封性，且处于低温、干燥以及无阳光直射的区域，同时，采样后及时承重并记录，在制样前再次承重，从而掌握全水分含量，为后续工作提供数据支持。此外，还应控制煤炭开采生产过程，优化煤炭开采工艺，降低水文地质对煤炭全水分的影响，同时采用“风水”结合的办法降低用水量，提高原煤加工系统的科学合理性，一方面清除浮煤，另一方面通过用水量的减少降低煤炭水分[3]。