刘 娜

(宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司 发电部，宁夏 青铜峡 751607)

0 引言

煤的化学组成由有机的烃类物质和无机矿物质组成。水分是一项重要的煤质指标，它在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要的作用。并且水分的变化会造成其它组分的含量和热值的变化。煤的水分通常分内水和外水两种，内水与煤质有关，而外水则是一个变量，有大有小，差别很大，通常来说，水分高不是一件好事。在煤炭贸易上，煤的水分是一个重要的计质和计量指标，在煤炭分析中，煤的水分是进行不同基的煤质分析结果换算的基础数据。煤的发热量是指每单位质量的煤完全燃烧所产生的热量，是表征煤炭各种特性的的综合指标。发热量测定在煤质分析中是一个操作复杂、影响因素较多的项目，特别是环境因素，国标规定：室内温度要恒定、有恒温措施、室内无空气对流、测发热量与测热容量条件一致、有制冷设备等，测试条件非常苛刻，因此，发热量测定是一个较难掌握的项目，平行样测试结果常常超差，浪费许多人力和物力。相比而言，水分测定则容易得多。我们着力寻找煤的水分与发热量的相关关系，从而由水分分析结果推出发热量结果，并运用相关关系对分析结果进行预测。

1 煤中水分的概念

煤中水分按其结合状态可分为游离水和化合水(即结晶水)两大类。煤中的游离水于常压下在105～110℃的温度下经过短时间干燥即可全部蒸发；而结晶水通常要200℃，有的甚至要在500℃以上才能析出。在煤的工业分析中测定的水分只是游离水。根据水分存在的不同结构状态又可分为内在水分和外在水分2种。在实际测定中由于煤从脱去表面水到脱去内在水是个连续而复杂的过程，二者间难以严格分开，因此工业分析中的表面水和内在水不是按其理论定义来划分的，而是按测定方法或者说是测定条件来定义的。实测的表面水和内在水不是一个定值，它们随测定环境的温度和湿度等而变。水分是煤中不可燃成分，常用的有收到基水分(Mar)和空气干燥基水分(亦称分析水分)，在煤质检测活动中报出的检验值都是有基准的，干燥基灰分(Ad)等一系列结果就是以假想无水状态的煤为基准，即所有干燥基结果都是通过用分析基准换算出米的。水分是煤中不可燃成分，常用的有收到基水分(Mar)和空气干燥基水分(亦称分析水分)，煤质分析中灰分、挥发分、全硫、碳氢值、发热量等常规项目都是报出的干基或干燥无灰基结果(公司在结算时采用收到基)。

2 水分的分析方法

全水分：GB／T211-2007煤中全水分测定中，给出了5种不同的测定方法，分别为通氮(空气)两步法、通氮(空气)一步法和微波干燥法(新增)5种方法，除通氮法外，其它方法对煤种都有适用性，我厂采用通空气一步法。分析步骤：用预先干燥和已称量过的浅盘内迅速称取粒度＜13mm 的煤样(500±10)g(称准至 0.1g),平摊在浅盘中。 将浅盘放入预先加热到105℃～110℃的空气干燥箱中。在鼓风条件下，烟煤干燥2h、无烟煤干燥3h。从干燥箱中取出浅盘，趁热称量(称准至0.01g)。进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样减少的质量不超过0.5g或质量增加时为止。在后一种情况下，应采用质量增加前一次的质量作为计算依据。

结果计算

Mt=m1/m×100

式中：Mt——煤样的全水分，%；

m——煤样的质量，g；

m1——干燥后煤样减少的质量，g。

报告值修约至小数点后一位。如果在运送过程中水分有损失，则按下式求出补正后的全水分值：

Mt=M1+m1/m(100-M1)

式中：M1煤样运送过程中的水分损失量(%)，当M1大于1%时，表明煤样在运送过程中能受到意外损失，则不可补正。但测得的水分可作为实验室收到煤样的全水分。在报告结果时，应注明“未经补正水分损失”。并将煤样容器标签和密封情况一并报告。

内在水分：对于内在水分的测定GB/T 212-2008规定了煤的三种水分测定方法，在仲裁分析中遇到有用一般分析试验煤样水分进行校正以及基准=的换算时，应用通氮干燥法测定一般分析实验煤样的水分。测定分析水分应在尽量短的、煤样水分不发生显著变化的期限(最多不超过7d)内进行。我厂内水分析平时采用空气干燥法，分析步骤：在预先干燥和已称量过的称量瓶内称取粒度小于0.2mm的一般分析实验煤样(1±0.1)g，称准至0.0002g平摊在称量瓶中。打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到(105～110)℃的干燥箱中。在一直鼓风的条件下，烟煤干燥1h、无烟煤干燥1.5h。从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温(约20min)后称量。进行检查性干燥，每次30min。直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.0010g或质量增加时为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量作为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。

结果计算

Mad=m1/m×100

式中：Mad——一般分析试验煤样水分的质量分数，%；

m——称取的一般分析试验煤样的质量，单位为克g。

“我们给地方政府部门做了许多高效节水项目，但全额垫资做完项目后，地方政府部门往往回款很慢，钱大半年都回不来，经营压力很大。”何森说。

m1——煤样干燥后失去的质量，单位为克g；

定期会采用赛多利斯MA100红外水分仪对内水的测定进行校验。实验原理及步骤：

3 水分对入炉煤收到基低位发热量的影响

通常我们根据分析基低位发热量或分析基高位发热量来计算收到基低位发热量的公式有：

式(1)中：Qnet,v,ar——收到基煤的低位发热量，J/g；

Qgr,ad——分析试样的高位发热量，J/g；

Mar——收到基全水分，%；

Mad——分析试样的水分，%；

水量对煤收到基低位发热量究竟是怎样影响的，式中的Mad称为内在水，通常又叫固有水和分析水，它存在于煤的毛细管中，测定时，通常在50℃左右烘至恒重，以除去外水，经粉碎后在105～110℃烘至恒重测定内水，同一煤样在不同的湿度下的内水是不变的，即为常数。一般情况下，内水通常小于3%，即100-Mad≈100，全水通常在18%以下，以＜10%居多，当全水含量增加时，100-Mar是减小的，0.023Mar是增大的，所以，当全水含量增加时，低位发热量是减小的；当全水不变，增加内水时，100-Mad是减小的，1/(100-Mad)是增加的，所以当增加内水时，低位发热量是增加的；我们知道煤在灼烧发热时需先克服水蒸发而消耗热量，固外水含量越高，煤收到基低位发热量就越小；在内水含量较小的情况下，煤中每1%含量的外水引起煤收到基低位发热量的变化量约为煤分析基低位发热量的1%。另外，煤在含有水时，应先将水分蒸干后才能燃烧发热，全水分增加会引起其收到基低位发热量减少。内水增加会引起其收到基低位发热量增加。

全水分变化时对热值的影响 如下表1：

表1

内水对热值的影响如下表2：

表2

4 煤的水分测定中应注意的问题

4.1 对同一煤样应进行重复测定(俗称做平行样)，这样会避免人为因素对水分测定的影响误差。

4.2 采集的全水分试样应保存在密封良好的容器内，并放在阴凉的地方。

4.3 全水分试验样品送到实验室后应立即测定，试验结束后应在空气中冷却2～3分钟，然后再放入干燥器冷却，防止称量瓶内产生负压吸入潮湿空气，使得测试结果偏低。

4.4 全水分测定的样品不易过细。

我厂内水分析采用空气干燥法，需进行检查性试验，则要求我们工作人员一定要严格按国标规定进行操作，否则就会对水分的测定结果产生影响。

5 采、制样过程对水分的影响

虽然水分分析过程中有那么多的影响因素，但是，这些因素产生的误差同采样、制样不当造成的误差相比，所占的比例还是很小的。由于水分很容易受到外界的影响，如天气(晴雨、气温高低)、装卸运输过程的降尘喷淋、采样装置类型、采样方式、采样后放置时间的长短等都会对水分的测量偏差造成很大的影响，所以煤采样后必须及时制样，并密封保存，同时要避免喷淋或现场冲洗水直接进入样桶中。制样过程中要减少水分变化必须注意制样室内空气不能强烈对流，无热源、水源，制样操作应该迅速，使用密封式两分器，制好的煤样要及时放入密封容器中保存，不能长时间敞开放置在制样室内。分析煤样的干燥时间、温度必须严格按照国家标准执行，不得大于50度，制取粉样时粉碎时间不宜过长，避免发热煤质氧化。煤样破碎后粒径大小要符合分析要求，对于破碎机要求转速不宜过快，不产生强气流，破碎过程不发生热量，宜采用密封式，同时在使用前后要将腔内残煤清理干净，以避免交叉污染等。

6 结论

外水含量的增加主要引起煤收到基低位发热量的减少；全水含量增加时，低位发热量是减小的，相反，当全水含量减少时，低位发热量是增加的；内水含量增加时，低位发热量是增加的，当内水含量减少时，低位发热量是减少的。在内水含量较小的情况下，煤中每1%含量的外水引起煤收到基低位发热量的变化量约为煤分析基低位发热量的1%。综上所述，煤中水分是一个基础但又十分重要的测试项目，由于分析简单，二往往容易被忽略，造成数据出现误差。

[1]GB／T213-1996 煤的发热量测定方法[S].

[2]李英华.煤质分析应用技术指南[M].中国标准出版社.

[3]尹世安.动力燃料分析[M].水利电力出版社.