煤炭化验中灰分测定灼烧时间温度对结果的影响
缓慢灰化法:灼烧温度
缓慢灰化法中要求煤样在815±10℃温度下灼烧至质量恒定,实际操作中温度波动、保温时长不足和炉膛温场不均,均会导致结果偏离。列举一个实验室烟煤样数据,在750℃、815℃和850℃三个温度下灼烧1.5h,将815℃组的灰分14.45%作为基准,750℃组14.02%,偏低0.43个百分点;850℃组14.70%,偏高0.35个百分点。原因是:温度偏低时,碳酸盐分解不彻底以及黄铁矿氧化不完全,导致部分***残留;温度偏高时,则造成硅酸盐结合水提前逸出,碱金属氧化物轻微挥损。分别用热电偶测试炉膛内9个点位的温度,设定815℃时最高822℃、最低808℃,差值14℃,将同一煤样分三批置于不同区域,灰分值差最高达0.40%。
温度程序设计的依据在于矿物质反应顺序。黏土矿物500℃前后脱去结晶水,黄铁矿及有机硫500℃前基本氧化完全,碳酸钙从500℃开始分解至800℃才接近完成。若煤样直接送入815℃高温区,碳酸盐分解与硫氧化同时发生,生成的氧化钙吸收硫氧化物形成硫酸钙固定于灰中,结果偏高。标准要求从100℃以下缓慢升至500℃并保持30min,正是让硫化物先行氧化排出,再升温分解碳酸盐,两种反应错开以降低硫固定程度。
马弗炉烟囱的作用与此机理直接相关。通过实验数据分析,含硫6.84%、氧化钙18.01%的煤样,不装烟囱炉测值比装烟囱高1.5个百分点。通风不畅时硫氧化物排出受阻,被氧化钙捕获。而标准规定炉后壁上部设直径25至30mm烟囱,炉门开20mm通气孔,保证气流单向流动。
缓慢灰化法:灼烧时间
灼烧时长方面,褐煤样在815℃下分别灼烧30、60、90、120min,灰分依次为16.41%、15.88%、15.62%、15.63%,90min后质量变化<0.001g恒定。无烟煤45min即基本恒定,60min与90min差值仅0.03%。过早取出则有机质氧化不完全,残渣偏黑。标准明确灰分低于15%时可省略检查性灼烧,高于15%时每次20min检查灼烧,直至两次质量变化不超过0.0010g。
试样铺摊厚度同样有数据支撑。标准要求每平方厘米不超过0.15g,试验表显示厚度从0.15g每平方厘米增至0.45g每平方厘米时,灰分值上升0.06至0.61个百分点。厚度过大则下层供氧不足,燃烧滞后。实验室日常称样1g,标准灰皿底面约7平方厘米,厚度符合限定。
快速灰化法
快速灰化法中,快速灰分测定仪模拟了缓慢灰化的温度梯度,管式炉内形成500℃至815℃温场,传送带以17mm/min速度移动样品,气流与样品行进方向相反,硫氧化物低温段生成即排出。逐渐入炉法是将煤样直接推入815℃炉内,硫与钙反应无法规避,灰分偏高幅度随钙硫含量递增,含氧化钙20.55%、全硫27.87%的煤样差值达9.09个百分点,仅适用于低硫低钙矿区控制分析。日常校准可建立温度时间补偿曲线。以815℃、90min为基准,实验室数据表明800℃需延长至110min,830℃可缩短至70min。温控偏差时可参照调整时长。
操作细节上,灰皿出炉后需空气中冷却至微红消退再移入干燥器,干燥器内硅胶变色三分之一应更换,冷却时间为25-30min。高硫煤升温至500℃时停留30min,使硫化物缓慢氧化,可将灰分偏差控制在0.1%以内。
综合来看,灰分准确度依赖于温场程序能否错开硫氧化与碳酸盐分解、通风是否充分、灼烧终点是否达质量恒定三个层面。烟囱通畅、铺摊均匀、温区校准和检查性灼烧的规范执行,是控制累积偏差的关键。

