煤矸石发热量的准确测定

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1、煤矸石发热量测定的准确性煤矸石是煤炭生产、加工过程中产生的固体废弃物，可由采煤或选煤过程排出，其排放量约占煤炭产量的10％左右．是我国排放量最大的工业固体废弃物之一。目前煤矸石的利用途径主要包括煤矸石沸腾炉发电、煤泥循环流化床发电、煤矸石制砖、煤矸石生产水泥等，都是利用其中的热量，因此煤矸石发热量的测定具有重要意义。但目前尚无煤矸石发热量测定方法的国家标准，实际工作中煤矸石发热量的测定都是按照《煤的发热量测定方法》(GB／T213—2003)进行的，由于二者发热量高低差别很大，因此存在不少问题，本文主要探讨煤矸石发热量测定方法精度及所得结果的准确

2、性问题。1、煤矸石发热量的测定方法《煤的发热量测定方法》(GB／T2l3—2003)规定，测定发热量需称取空气干燥基样品0.9g～1.1g，我们研究发现测定煤矸石发热量称取1g左右时，主期温升约为0.2℃～0.4℃，远远低于煤炭发热量的主期温升2℃～3℃；同时由于煤矸石燃烧发热量低、燃烧速度慢，自动热量仪测定时试验初期内外筒温度基本相同，终点内外筒误差小，使得终点难以观察，时间也大大延长。二者综合，煤矸石平行样误差在70×4.18kJ／kg—lOO×4.18kJ／kg左右。采取掺加苯甲酸的方法提高单次试验发热量，不仅平行样误差没有明显降低，而且操

3、作复杂，因为试验时不仅要称取、添加、拌匀苯甲酸和煤矸石样品，计算结果还要扣除苯甲酸发热量。所以出现这样的问题根本上是由于煤矸石发热量较低使得单次试验温升过小造成的。针对这一原因，我们考虑了减小内筒水量、特制质量小的专用氧弹、特制更精密的测温探头等方法来提高煤矸石发热量测定的单次温升或相对精度，均告失败，最后我们研究了加大称样量的办法来提高温升，取得了良好结果(见表1)表1称样量对煤矸石发热量测定温升及精度的影响表1结果表明，煤矸石称样量lg重复性误差高达82x4．18kJ／kg，远大于《煤的发热量测定方法》(GB／T213—2003)规定的重复性

4、误差小于120kJ／kg的要求；而采取加大称样量的办法后，煤矸石发热量重复性误差均小于45kJ／kg，远远优于国标要求。图1为煤矸石称样量对温升的影响。图1煤矸石称样量对温升的影响注：煤炭1g、煤矸石1g、煤矸石5g分析煤矸石发热量测定过程中的数据发现，加大称样量所以能取得满意的测量精度原因有二。第一，加大煤矸石称样量，使得单次试验温升由1g时的0.3℃～0．5℃，提高到了3g～5g时的1．8℃～2．5℃，接近煤炭发热量测定的温升，可正常观察到试验终点(如图1所示)，这样使得试验正常进行；第二。符合国家标准的热量仪都能保证单次试验测定的总误差在1

5、20kJ／kg之内，对于煤矸石，由于称样量加大，这样单次试验的总误差被3g～5g试样分摊，使得折算到1g的误差大大降低，所以煤矸石发热量测定精度不降反升。这一方法于1998年获得国家专利，并在全国各地试验均取得了成功，解决了国际上(包括德国)未解决的难题。2、煤矸石发热量测定有效值问题采用前述煤矸石发热量测定方法，解决了测量结果的精密度问题，但这个结果是否反映实际生产中的有效发热量呢?对比分析一下发热量测定条件与实际生产条件的异同f见表2)，就可以对这个问题作出回答。表2不同条件下煤矸石与煤炭燃烧状态对比表国标考虑了发热量测定条件和生产条件下酸形

6、成热、水分蒸发热的不同，但没有考虑到矿物分解吸热和矿物化合放热的不同。如表2所示，对于酸形成热和水分蒸发热，煤矸石和煤炭是相同的，即都需要作高低位换算，但国标中没有讨论的矿物状态就显示出差别。煤炭或煤矸石的矿物组成主要是粘土类矿物、石英、碳酸盐类矿物及少量黄铁矿、长石类矿物，根据矿物学原理囝，随着温度升高，黄铁矿都会分解放热成为发热量一部分，石英、长石不会发生变化，因此这些矿物都可不予考虑，而粘土和碳酸盐类矿物分解、化合反应比较复杂。理论上1保证大气压下碳酸钙平衡分解温度为893℃，其分解吸热高达1645J／g，实际上600℃就开始分解我们曾在超

7、纯煤中配入5％～85％的纯CaCO3，进行发热量测定，结果如图2。这个曲线分为四段：CaCO3含量在5.31％时分解率为100％，含量提高到10.18％时分解率降为86.13％，说明CaCO3完全分解；含量在5.31％～10.18％之间、CaCO3含量15％、以后直到69.93％，分解率波动在79.75％到82.44％之间，以后分解率急剧下降，CaCO3含量由80％降到85％时，分解率下降了40％。图2氧弹条件下煤矸石中碳酸钙分解率与含量关系我们还对含60a／d2aCO的煤样燃烧残渣进行XRD分析，结果发现残渣由大量分解产物Ca012．7772．

8、405,1．701／~]和少量未分解的方解石，没有发现其他物质的衍射峰，说明CaO2未进一步吸水。实际生产中无论煤矸石用于燃烧发电，还是