亚力坤江·居
华电新疆发电有限公司昌吉热电厂
1 引言
煤的水分对锅炉燃烧、贸易和储存运输都有很大的影响。水分的存在不仅使煤中可燃质含量相对减少，降低了发热量，还会因受热蒸发，汽化而消耗大量的热量导致炉膛温度降低，煤粉着火困难，排烟量增大影响正常供煤。一般认为煤中水分大于5%-6%时，会给煤系统带来麻烦。若水分超过10%～12%则会产生严重威胁运行的安全可靠。煤中水分含量变化范围很大，存在不定的因素，煤的含水量在一定的含量限度内与挥发分对燃煤的着火特性影响一致，水分少煤的燃烧快、好。在煤炭贸易上水分也是评价和计量煤炭质量的重要依据之一。煤中的水分过多会给运输带来成本提高运价也提高。水分不仅影响煤炭的质量，而且还直接影响到进场煤的数量，煤矿常常以水代煤使电厂造成亏吨亏卡两发面的损失。这样对于煤中水分的测定就极为重要，也对水分的测定提出了更高的要求。在寒冷地区(如：新疆)的冬季，水分高的煤不宜作长距离运输，因为在零下20~30℃的低温下，高水分煤就会与车皮冻结在一起而造成无法卸车的事故。同样，在露天堆放的水分高的煤，由于煤块冻结也无法装车，影响生产和车皮周转，加剧了运输的紧张。煤的水分也容易引起煤炭黏仓而减小煤仓容量甚至发生堵仓事故。
在发电用煤的质量分析中我们经常会遇到与煤中水分有关的名词，如：全水分、收到基水分、外在水分、内在水分、空气干燥基水分、一般分析煤样水分、化合水等。
1.1 全水分和收到基水分
全水分是煤中含有的全部水分，即内在水分和外在水分之和。全水分本身没有特定的状态意义，是通用的概念。收到基水分是指特定状态下的煤中所含的全部水分，如入炉前、入厂前的水分，实际上是指在计量、计质前的煤中全水分。针对收到基状态的煤，其全水分就是收到基水分，它们的测定方法和测定结果都是一样的。因此国际、国内的标准名称中只有全水分的测定方法而没有收到基水分的测定方法。
1.2 化合水、外在水分和内在水分
煤中水分按结合状态可分为游离水和化合水2大类。游离水以吸附、附着等机械方式与煤结合；而化合水则以化合方式同煤中的矿物质结合。煤的工业分析，只测定游离水。游离水按其吸附状态可分为外在水分和内在水分。外在水分理论上存在于煤粒表面或煤粒非毛细管的孔穴中，在实际测定中是指煤样达到与环境湿度相同(或叫空气干燥状态)时所失去的水分。煤的外在水分很容易蒸发，将煤样放在空气中干燥到与空气相对湿度平衡时即可除去。内在水分理论上存在于煤粒内部毛细管的孔隙中，在实际测定中指煤样达到空气干燥状态时保留下来的那部分水分。内在水分在常温下不能失去，只有加热到一定温度时才失去。内在水分的含量与煤的变质程度有关，煤的变质程度越浅，表面积越大，其内在水分也越高。而化合水在200℃以上才能析出，如硫酸钙二水化合物的分解失水温度是165℃，而Al4(Si4O10)(OH)8的结合水失水温度约达565℃。
1.3 空气干燥基水分和一般分析煤样水分
煤中空气干燥基水(Mad)是煤样达到空气干燥状态后所含有的水分。通常是指粒径为0.2mm的分析煤样置于105～110℃的空气流中干燥到质量恒定，根据干燥后的质量损失得到所含的水分，过去称分析基水分，也称一般分析煤样水分。由于空气干燥状态是以煤样制备、化验所在地及当时的空气湿度条件下达到平衡时的状态。因此制备、化验地点不同，时间、季节不同，所处的湿度、温度不同，煤样达到平衡时所含的水分也就不同，一般分析煤样水分也就不同。鉴于一般分析煤样水分的重要性，本文主要对煤中空气干燥基水分的影响因素及其对其它煤质参数的影响进行综述。
2 制备一般分析煤样前的空气干燥
一般分析煤样在制备最后阶段的空气干燥应达到湿度平衡状态。煤样的空气干燥可用温度不超过50℃，带空气循环装置的干燥室或干燥箱进行，空气干燥进行到连续干燥1h后，煤样的质量变化不超过0.1%为止，但干燥后，称样前必须将干燥煤样置于环境温度下冷却并使之与大气湿度达到平衡。冷却时间视干燥温度而定，如在40℃下进行干燥，则一般冷却3h即足够。但对易氧化煤及下列分析试验用煤样，不能在超过40℃温度下干燥：a)发热量；b)粘结性；c)膨胀性；d)空气干燥作为全水分测定的一部分[1]。
3 一般分析煤样水分的测定
称取一定量的一般分析试验煤样(1±0.1)g，置于(105～110)℃干燥箱中，于空气流中干燥到质量恒定。根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数，对于褐煤须在干燥氮气流中干燥[2]。
4 不同煤种在不同温度、湿度下一般分析煤样水分的变化范围
李卫东[3]对9种煤样(其中褐煤包括霍林河、包头白彦花、扎赉诺尔铁北矿、扎赉诺尔灵泉矿、朝克乌拉井煤，烟煤包括新疆恒联、神华煤1、神华煤2、大同煤)的空气干燥基水分研究表明，在相同的温湿度下，褐煤的空气干燥基水分高于烟煤，且相同温度下褐煤和烟煤的空气干燥基水分均随空气湿度的增加而增加。从温度30℃、湿度40%变化到温度15℃、湿度80%时，褐煤空气干燥基水分的变化范围2.83%～5.96%，烟煤的空气干燥基水分的变化范围2.37%～3.44%。湿度80%时煤样的空气干燥基水分较湿度40%时明显提高，湿度变化对空气干燥基水分影响较大。相同湿度下空气干燥基水分随空气温度的升高而减小。空气温度从15℃变化到30℃，褐煤的空气干燥基水分变化范围为0.88%～2.50%，平均值为1.59%，烟煤的空气干燥基水分变化范围为0.74%～1.42%，平均值为1.05%。空气温度比湿度对煤样空气干燥及水分的影响小。
5 一般分析煤样的空气干燥状态对收到基低位发热量的影响
林木松[4]在煤样空气干燥状态对煤炭计价的重要性及分析的要求中做了如下实验：将若干未达空气干燥状态的样品，同时测定各常规分析项目作为第一次分析结果。然后当煤样达空气干燥状态时进行第二次测定，同时测定各常规分析项目作为第二次分析结果。假如第二次没有测定水分，而用第一次水分值计算其收到基低位热值Qnet,ar,试验结果表明只要水分与其他项目同时测定，水分变化对收到基低位热值无影响，两个测定结果十分接近。而在水分与其它项目不是同步测定的情况下，对收到基低位热值就有明显的影响，偏差可达到200～300J/g。
6 一般分析煤样水分对煤质分析结果的影响
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用分析水分换算出来的。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，分析水分测定结果准确与否则影响其它各项指标的报告值，简单地说，分析水分没有测准，其它项目测定值再准确，对化验室报出的结果也会造成不同程度的偏差，各种基准的换算公式如下[5]：.jpg)
式中：Qgr,d为干燥基煤的高位发热量，J/g；Qb,ad为分析试样的弹筒发热量，J/g；Sb,ad为由弹筒洗液测得的煤的含硫量，%；94.1为煤中每1%硫对热量的校正值，J；a为硝酸校正系数，当 Qb,ad≤16.70MJ/kg时，a=0.010；16.70≤Qb,ad≤25.10MJ/kg时，a=0.012；当Qb,ad≥25.10MJ/kg时，a=0.016。当煤中全硫含量低于4%或弹筒发热量大于14.6MJ/kg时，可用全硫代替弹筒洗液硫。
7 结语
综上所述，一般分析煤样水分的测定是一个基础性但又是十分重要的测试项目，正由于它的简单而往往被忽视，造成火电厂入厂煤的“亏吨亏卡”。实验室的环境温度和湿度直接影响煤的空气干燥基水分，且湿度影响更大。未达空气干燥状态煤样的收到基低位热值较干燥状态下的测量偏差可达到200～300J/g。一般分析煤样水分测定结果准确与否直接影响其它各项指标的报告值。为此，可以看出各个化验室在火电用煤检测活动中对一般分析煤样水分测定必须引起高度重视，各个煤质分析化验室必须严格执行国家标准，正确理解国家标准，高度重视分析一般分析煤样水分对煤质分析其它项目的影响，使报出的检验结果更具公正性、科学性和准确性，避免产生不必要的煤炭质量纠纷。
参考文献
[1]GB/T19494.2-2004 煤炭机械化采样第二部分：煤样的制备[s].
[2]GB/T212-2008 煤的工业分析方法[s].
[3]李卫东, 杜晓光, 郭孟狮, 王月明, 姚伟, 鲁文恭, 何红光. 煤样制备条件对煤粉水分取值的影响[J]. 热力发电, 2011, 40(7):37-40.
[4]林木松. 煤样空气干燥状态对煤炭计价的重要性及分析的要求[J]. 华东电力, 2000, 4:62-63.
[5]高晓燕. 浅析煤的水分测定中应注意的一些问题[J]. 山西煤炭, 2010, 30(6): 72-73.
论文作者:亚力坤江·居
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/14
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