柳红臣

开滦（集团）有限责任公司 河北唐山 063000

煤炭既包含有用成分、也含有能量，可作为原、燃料使用。煤质检验的对象应包括动力煤和化工原料煤[1]。煤质检验不仅测定煤的常规组成和性质，还应该考虑煤炭高效清洁转化利用常见场景下对煤特定组分和性质分析、评价的要求，如煤中微量（有害）元素、碱（土）金属、热解反应热、基于现代气流床气化的煤气化特性等。

1 煤质检验的意义

过去十年，我国原煤年产量稳定在36亿t上下。据不完全统计，目前国内的煤矿超过1万座、选煤厂1900座、火力发电厂2500座。除了炼焦、合成氨与尿素、甲醇等传统的煤炭化工产业，煤制油以及煤制烯烃、乙二醇、芳烃等现代煤化工蓬勃发展，每年消耗数亿吨原料煤。煤质检验在煤炭生产和利用中起到十分重要的作用。煤炭组成和性质是煤炭加工、转化、利用装置和工艺过程设计的基础。煤质分析提供准确的基础数据，是评价煤炭质量、进行煤炭交易的依据，也是保证煤炭产品质量、提高原燃料利用效率、节能减排的重要手段。

近年来，我国多地出现严重的雾霾天气，在一些以煤炭为主要燃料的地区，煤的灰分、挥发分、硫含量等煤质指标关系到大气污染的有效治理，上述指标也是环保、质监部门对煤炭生产、运输、利用等环节进行监督和管理的技术依据。发热量是动力煤计价的主要指标之一。煤炭生产企业或运销机构在配煤装车过程中通常基于煤质指标进行下一步操作，若出现由于煤质化验滞后而导致盲装、煤质化验结果不准确等现象，则会造成严重的后果，即或是因动力煤品质不达标而引起法律纠纷，或由于发运的煤炭热值过高而造成煤企的经济损失。

煤质关系着火力发电设备的安全高效运行和节能减排目标的实现。为了保证电厂锅炉正常、高效运行，对燃煤进行煤质分析、准确实时掌握煤质指标是至关重要的环节。煤的元素组成是锅炉热力计算和燃烧工况调整的依据之一。煤的发热量是计算煤耗和热效率、燃烧设备热平衡、确定煤混和配比等的关键参数。电站煤粉的灰分是评价燃煤质量的重要依据，通过煤粉灰分含量可预测电厂的运行状况和污染物的排放情况。

2 煤质工业分析及测定方法

煤质标准工业分析中主要检测项有水分、灰分、挥发分和固定碳，对其分析结果进行整合计算得到煤炭中湿份、可燃物和有机物含量，从而判定煤炭煤质特性等级。

2.1 煤质工业分析

①水分测定是其中一项重要检测指标，因为煤炭中水分含量与其变质程度有对应关系，通常煤炭随着其煤质程度增大其水分含量依次减小。煤质水分测定方法有通氮干燥法、微波干燥法、粒度6mm煤样空气干燥法和粒度13mm煤样空气干燥法。②煤炭灰分主要来源于矿物质，它的存在能降低煤炭质量和煤炭燃烧效率，是煤炭中一种有害物质，也是煤炭质量评价的重要指标。其检测值是在规定条件下煤样完全燃烧后残留物的产率，可通过缓慢灰化法、快速灰化法进行测定。③挥发分是煤样在规定条件下隔绝空气进行加热，去除煤样水分后得到的挥发物产率。挥发分产率能粗略判断煤炭变质情况，一般挥发分产率越低煤变质越好，它也是煤炭加工利用的重要参考指标[2]。④煤样固定碳含量是用前面三个测定值计算得到，具体为100减去空气干燥煤样的水分含量、灰分产率和挥发分产率。所以煤质工业分析也常叫做“三检测一计算”。

2.2 煤质元素分析及测定方法

煤的组成部分主要有机物和无机物，有机物有碳、氢、氧、硫等元素组成，无机物有水和矿物质组成。煤随着碳元素含量增高其变质程度越高，随着氢、氧元素含量变化则反之。氮、硫元素含量是煤质控制的重要指标，它会在煤燃烧、深加工过程中会生产对环境或设备有害的氮氧化物和硫化物。所以元素分析是煤炭加工利用或燃烧中不可或缺的检测项目。①碳、氢元素测定，是将煤样在氧气流条件下完全燃烧，生成的CO2和H2O用吸附剂吸附，吸附剂的增重量经过折算即为元素含量值。常用的仪器设备有碳氢测定仪，其组成为净化系统、燃烧装置和吸收装置。②氮元素的测定采用经典的开氏法，其原理简述为将煤样用硫酸消化，消化液蒸馏吸收后用硫酸滴定，用硫酸滴定量来计算氮元素含量。③煤中硫元素以有机硫、无机硫及微量硫组成，对其全硫的测定方法有艾士卡法、库伦法和高温燃烧中和法。常用的艾士卡法原理简述为煤样与艾氏卡试剂混合灼烧，生成硫酸钠，再用氯化钡溶液得到硫酸钡沉淀，最后将沉淀物转算为全硫含量。④煤中氧元素的存在种类复杂、检测过程繁琐，其含量测定常用已检测的干燥煤样碳、氢、硫、灰分、水分含量值计算。

2.3 其他测定指标及测定方法

除了常规化煤质工业分析和元素分析外，根据一些科学研究项目或企业实际需求会进行一些煤样发热量、煤灰分成分、灰熔融性等测定。发热量是评价煤质和动力用煤的一个重要指标，采用氢弹量热仪测定煤样的高位发热量和低位发热量。煤灰中SiO2、FeO、AI2O3、CaO、MgO和TiO2等成分的分析，常采用常量法分析法或半微量法分析法。煤灰熔融特性影响着煤炭的动力燃烧或气化用煤，其性能会导致锅炉结渣严重、排渣困难的问题。其测定是在热还原气体环境下，制备的角锥形煤灰样在受热时的形态变化，然后记录对应的变形温度、软化温度、半球化温度及流动温度[3]。

3 结语

（1）我国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋决定了在相当长的时期内以煤为主的能源结构特征。无论是煤炭作为大宗工业商品贸易计价的基础，还是煤炭作为原燃料利用技术管理的重要依据，准确、实时、在线获得煤质指标具有十分重要的意义。

（2）传统的离线化学分析为主的煤质检验，其结果准确、可靠，但工序繁琐、耗时长，难于适应现代煤炭生产、转化、利用的技术和管理要求。煤质检验已经从离线、人工、化学法分析逐渐向在线、智能、物理法表征过渡，并将应用人工智能将采制样、多指标分析、数据传输和云管理等环节有机集成。

（3）基于物理分析的煤质检验技术，在检测原理、建模、检测数据解析等方面尚有许多待解决的难题。