煤中空气干燥基水分与收到基水分测定反常现象的探讨

　　摘要：本文着重从煤炭的水分赋存形态，煤炭空气干燥基水分测定原理，煤炭的收到基水分测定原理，阐述了煤炭水分检测中出现反常现的原因及解决方法。
　　关键词：空气干燥基水分；收到基水分；检测原理。
　　在我国煤炭是储量最多,分布最广的主要能源，无论在社会生产、人们生活、城市建设中都起到了举足轻重的作用。煤中的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。因为煤中水分含量越多，煤炭的无用成分就越多。同时煤中大量水分在煤炭燃烧时，吸收大量的热成为水蒸汽蒸发掉，直接影响了煤炭的发热量。在寒冷的冬季，煤中的水分太高也不利于煤炭的运输和储备。因此，煤中的水分测定准确与否意义重大。
　　一、煤中水分的赋存形态
　　煤中水分的存在形式，根据其结合状态可分为游离水和化合水两大类。
　　游离水是以物理状态（如附着、吸附等形式）同煤结合；化合水是以化合方式同煤中的矿物质结合，即通常所说的结晶水和结合水，如硫酸钙（CaSO4•2H2O）中的结晶水和高岭土〔Al4(Si4O10)(OH)8〕中的结合水。
　　煤中的游离水，在105～110℃的温度下经过1～2个小时后一般即可全部蒸发掉。这是因为煤中游离水几乎完全是以吸附状态存在于煤的表面的缘故，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。但煤中含量很少的硫酸钙二水化合物的分解失水温度仅163℃，而高岭土组分中的结合水的分解失水温度高达560℃。
　　根据水分存在的不同结构状态，煤中的水分又可分为内在水分和外在水分两种。吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔中的水，称为内在水分；附着在煤粒表面上的水，称为外在水分。由于毛细孔吸附力的作用，内在水分比外在水分较难蒸发。如外在水分在45～50℃的温度下经过一定时间后即能蒸发掉，而内在水分需要100℃以上的温度经过一定时间后才能蒸发。
　　二．煤中收到基水分的测定原理
　　在煤质分析中，煤的外在水分和内在水分之和叫煤的全水分（Mt），即煤的收到基水分（Mar），它代表刚开采出来，或使用单位刚刚接收到，或将投入使用的状态下的煤的水分。
　　收到基水分测定方法分为一步法和两步法，本文着重谈谈两步法的测定原理：收到基水分两步法的测定，即先测定煤的外在水分，然后再测定内在水分。两次测定结果的和（不能直接相加，须做必要的换算）就是煤的收到基水分。
　　这里所说的外在水分是指煤样放在空气中并同空气的湿度达到平衡时所失去的水分（这时吸附在毛细孔中的内在水分也会相应地失去一部分，数量随当时空气的相对湿度的降低和温度的增大而增大）。这时，残留在煤样中的水分即为内在水分。
　　由此可知，测定收到基水分时分为内在水分和外在水分两部分，与前面提到的水在煤中不同结构状态下的内在水分和外在水分是不完全相同的。收到基水分测定中的外在水分和内在水分值，随测定时的空气湿度和温度而稍有改变，因此其理论意义也就不大。
　　根据外在水分和内在水分的测定结果，用下列公式可计算煤的收到基水分：
　　Mar=Mf.ar+Minh.ad×(100-Mf.ar)/100
　　式中：Mf.ar---收到基外在水分；
　　Minh.ad---空气干燥基内在水分。
　　三．煤中空气干燥基水分的测定原理
　　煤样空气干燥基水分（Mad）测定的标准方法最常见的是加热干燥法和微波干燥法。本文着重谈谈加热干燥法，煤样在105-110℃下加热干燥，根据试样的质量损失来测定水分，对于年老煤比较适合，但是由于空气中加热时间较长(1-2h)，使煤样容易氧化，为防止年轻煤氧化，一般通入惰性气体（如氮气）或采取真空干燥。
　　另外，整个试验在鼓风干燥箱内进行，目的在于促使干燥箱内空气流动，一方面是箱内温度均匀，另一方面使煤中水分尽快蒸发缩短试验周期。试验证明鼓风情况下干燥1h测得的水分值均高于不鼓风情况下测定的水分值；在随后的0.5h检查性干燥中，在鼓风条件下只需进行一次，试样的质量即达到恒定，而不鼓风时，常需进行多次，才能达到质量恒定。
　　空气干燥基水分的计算公式如下：
　　Mad=
　　四．空气干燥基水分与收到基水分测定反常现象的原因
　　从上述阐述中，可以得出很清晰的结论，在煤质检测中，煤的收到基水分一定是比煤的空气干燥基水分高，至于高多少要视每个煤样接收时的状态而定。
　　如果接收时煤样特别湿，收到基水分较高，那么，此时煤的收到基水分就比煤的空气干燥基水分高得多；如果接收时煤样比较干，此时煤的收到基水分就比煤的空气干燥基水分高得少。
　　但是，在大量的煤质检验中，偶尔会出现煤的收到基水分比煤的空气干燥基水分低的反常现象，针对这一反常现象做了大量的试验，得出以下几点结论：
　　1.在年轻煤中易出现这种现象，如年轻的褐煤，内部毛细孔较发达，其内部毛细孔充满了大量的水分，制完煤样后，如果没有达到空气干燥状态，就进行检测，由于空气干燥基水分测定使用分析煤样的粒度为0.2mm以下，表面积增大，而收到基水分测定使用煤样粒度为13mm和3mm以下，就容易出现煤的收到基水分比煤的空气干燥基水分低的反常现象。因此，如果遇到此种情况，必须将分析基煤样放置时间长一些，达到与周围环境湿度平衡，即空气干燥状态再进行空气干燥基水分的测定。制收到基水分的煤样粒度尽量破碎，使其大部分样品粒度以碎小为主。
　　2.现在有些生产年轻煤（褐煤）的企业，在原煤产出后进行提质干燥加工处理。这种煤在检测过程中由于0.2mm煤样在空气干燥过程中吸收空气中的水分，极易出现煤样的收到基水分比煤的空气干燥基水分低的反常现象。
　　3.在年老的无烟煤或石煤中易出现这种现象，因为年老的煤，其内部毛细孔较少，煤质坚硬致密，无论是内在水分还是外在水分，受外部环境的影响都很小，因此，其收到基水分与空气干燥基水分数值都不会太高，制分析煤样时，如果烘烤不当，达到空气干燥状态时，将吸收空气中的水分，就容易出现煤的收到基水分比煤的空气干燥基水分低的反常现象。因此，如果遇到此种情况时，必须掌握好制分析煤样时的条件，不能烘烤太长时间；制收到基水分的煤样粒度尽量破碎，使其大部分样品粒度以碎小为主。
　　3.在灰分较高的劣质煤中易出现这种现象，由于劣质煤内部结构接近矸石，其水分含量较少，煤质坚硬致密，制完分析煤样后，较易吸水，就容易出现煤的收到基水分比煤的空气干燥基水分低的反常现象。因此，如果遇到此种情况时，必须掌握好制分析煤样时的条件，不能烘烤太长时间；制收到基水分的煤样粒度尽量破碎，使其大部分样品粒度以碎小为主。
　　五．结语
　　综上所述，煤中的水分测定是一项重要的煤质指标，是进行不同基的煤质分析结果换算的基础数据，又是煤炭贸易中计质和计量指标，因此，煤中水分测定结果的准确与否，意义十分重大，应引起煤质检测实验室的高度重视。
　　参考文献：《煤质及化验基础知识》罗颖都陈祢生等编著煤炭工业出版社
　　《煤质分析应用技术指南》李英华主编中国标准出版社