浅谈如何准确获取煤炭的全水分

刘开书

0 引言

煤炭是我国的基础能源，占一次能源生产和消费的70%左右。煤炭用途广泛，既可作为动力燃料，也可用于煤的液化、气化、焦化等。既然煤炭这么重要，那么我们就应该正确、准确地获取煤炭的各项质量指标。其中，水分是衡量煤炭质量好坏的一个重要指标，在煤炭利用和加工中起着重要的作用。煤炭的水分随着煤的变质程度加深而呈现有规律性的变化：一般是从泥炭→褐煤→长焰煤→低级无烟煤，水分逐渐减少；而从低级无烟煤→年老无烟煤，水分又呈现增加状态。具体见表1。

表1 煤中的水分与煤的变质关系

既然水分是煤炭的重要组成部分，那么我们如何准确测出它直接关系到煤质好坏的判断。水分越高，它的发热量就越低，反之亦然。另外，水分高也会给煤炭运输和加工带来一定困难。

笔者经过多年的实践，得到准确获取煤炭水分的一些方法和应注意的问题。

1 煤炭中水分的来源、存在形式及分类

1.1 水分的来源

①在煤炭形成过程中进入煤中的水；②煤层形成以后进入煤的裂隙中的水；③在开采、洗选、运输中所接触的水进入煤中。

1.2 水分的存在形式

煤中水分按结合状态可分为游离水和结晶水两大类。游离水在煤的表面吸附着及存在于内部毛细管中，它于常压、在105℃～110℃下，经过一段时间干燥后能全部蒸发；而结晶水是以化合形态的方式存在于煤中，通常在200℃～500℃以上才能析出。

1.3 水分的分类

通常情况下我们所测定的水是煤的游离水，而游离水又可以分为外在水分和内在水分。理论上讲，外在水分加内在水分就是煤的全水分，但在实际测定中全水分不能直接把外在水分和内在水分直接相加。所谓外在水分是存在于煤炭表面中的水；内在水分是存在于煤的毛细管中，就是通常我们所说的空气干燥水分。

2 全水分的测定方法

日常的全水测定有以下3 种方法：通入氮气干燥法、微波干燥法和空气干燥法。在这里主要介绍一下适合于各种煤种，而且操作简单、准确性高的空气干燥测定法。

全水分的测定主要是保证原煤样的水分既没有损失，也没有增加，即从制样到化验前的全部过程中水分没有变化。要想达到国标要求，就必须从以下几方面去做。

2.1 制样方面的要求

国标规定：全水分煤样粒度分为13 mm 和6 mm两种。

①将采来的煤样立即按照国标（GB474）要求用专用密封破碎机将不同粒度的煤样破碎到粒度为13 mm 或6 mm 的煤样。制样中尽可能避免在破碎过程中水分的损失。

②将破碎到能够测全水分规定粒度的煤样按照国标（GB474）要求直接用二分器缩分到不小于3 kg（粒度为13 mm 全水分煤样）或不小于1.25 kg（粒度为6 mm 全水分煤样），然后装在不吸水、不透气的密封容器中并立即盖好磨口盖（装样的量不能超过煤样瓶容积的3/4 以便均匀混合），称出质量，贴上标签送交化验室立即化验。如果不能立即化验，则应准确称出重量，以便进行水分损失（或吸收）校正，并放在阴凉地方。

③用九点法取全水分煤样：按照国标（GB474）要求，将取来的煤经过密封破碎机破碎到全水分煤样规定的粒度，并缩分出足够数量的煤样（注意：此足够数量的煤样是从制取其他粒度煤样的弃样中制取的）用堆锥法掺和一次（不能掺和多次，特别是在温度高的季节，掺和多次会使水分损失，失去准确性）将煤样摊成圆饼状，厚度不能大于煤样粒度的3 倍。然后将圆饼用十字架（相当于两条正交线，两条正交线夹角为45°）将圆饼8 等份，在圆饼的第一条正交线上1/2 半径处取4 个点，在第二条正交线上7/8 半径处取4 个点，圆饼中心为一个点，一共9 点。立即在这9 点上取出不小于3 kg（13 mm）或不小于1.25 kg（6 mm）全水分煤样装入密封容器中并盖好磨口盖，称出重量，贴好标签送交化验室。应该注意，用九点法取全水分煤样每点的位置要正确，否则全水分可能出现误差；另外，每一点取的量大体一样，并尽可能一次取完，最好拿专用取全水分的煤样铲和挡样板，在每点插入样铲时再将挡样板插入然后同时取出，以保证采入的煤样不流出。

2.2 制取全水分煤样时应注意的问题

①制取全水分煤样时，操作要快、要迅速。

②煤样必须有代表性。制取全水分煤样时，在破碎到规定粒度的煤样中随便取几个点的煤样装入密封容器中，或者按照国标取出规定数量的煤样后忘记盖盖，这样均失去了原来煤样的代表性。

2.3 全水分的测定

以粒度为6 mm 的全水分煤样为例说明用空气干燥法测定煤炭全水分煤样的操作过程以及注意事项。

①化验员在测定全水分之前，首先要核对装煤样容器的标签所注的煤样总质量，且检查装煤样的容器密封情况是否完好，然后将其表面擦干净；将容器里的煤样充分混合1 min 以上以达到煤样的均匀性要求，这样测出的化验结果才能有代表性。

②将带有自动温控装置和鼓风机的干燥箱加热到恒温105℃～110℃的范围（注意：鼓风机的作用是使干燥箱内的空气能流动，箱内温度能均匀，并且能缩短水分的蒸发时间），检查工业天平是否准确，称量容器是否达到要求。因为长时间在高温下使用的称量容器会变形、开裂，导致传热不均匀，造成化验结果有误差。

③用工业天平（感量为0.1 g）迅速称取预先干燥过的煤样10 g～12 g（准确到0.01 g）平摊在称量瓶中，打开磨口盖放入干燥箱。烟煤干燥2 h、无烟煤干燥3 h 后从干燥箱取出称量瓶立即盖上磨口盖放在空气中大约5 min，然后放入干燥器中冷却到室温（大约20 min 左右）进行称量（称准到0.01 g）。最后进行检查性干燥。水分在2%以下不必进行检查性干燥。检查性干燥每次30 min，连续两次干燥煤的质量减少不超过0.01 g 或者质量有所增加，检查性干燥结束。后面的一种情况应该采用质量增加之前一次的质量作为全水分的计算依据。

3 全水分的计算方法

用干燥前称取的煤样质量m 减去干燥后称取的煤样质量得到干燥后煤样减少的质量m1，除以干燥前称取的煤样的质量，再乘以100，

即

式中：Mt——煤样的全水分；

m ——干燥前称取的煤样的质量，g；

m1——干燥后煤样质量的减少量，g。

全水分的测定结果取其重复测定值的算术平均值，修正到小数点后一位。两次重复测定的结果不得超出表2 规定的值。

表2 煤中全水分测定结果的精密度

4 结语

综上所述，煤炭全水分是煤炭的一个重要指标，想要准确测出全水分，既要考虑煤样的制备，也要考虑测定的过程是否符合标准，这样才能获得准确的化验结果，真正反映出煤质的实际情况。