杜 鑫

（大同煤礦集團(tuán) 煤峪口礦，山西 大同037001）

煤的灰分不是煤的固有成分，是煤在規(guī)定條件下完全燃燒后殘留物的產(chǎn)率。煤的灰分測(cè)定是規(guī)范性比較強(qiáng)的試驗(yàn)。而且灰分來源于礦物質(zhì)，是降低煤炭熱量的物質(zhì)，在煤炭加工過程中帶來不利的影響。經(jīng)過多年的工作總結(jié)出煤炭的灰分與熱量的相對(duì)變化規(guī)律。經(jīng)驗(yàn)表明，在全水為6%時(shí)的值，1個(gè)百分灰點(diǎn)相當(dāng)于100Cal／g的熱量。如果灰分降低一個(gè)百分點(diǎn)，則在該煤樣水分對(duì)應(yīng)的熱值中熱量增加100Cal／g的熱值。如果灰分增加一個(gè)百分點(diǎn)，則在該煤樣水分對(duì)應(yīng)的熱值中熱量相應(yīng)的降低100Cal／g的熱值。該結(jié)果就是該煤樣的收到基低位發(fā)熱量，也是直接用來計(jì)價(jià)的主要標(biāo)準(zhǔn)。所以，煤的灰分直接體現(xiàn)出煤炭的發(fā)熱量，間接的影響著煤炭的市場(chǎng)價(jià)格。所以煤質(zhì)化驗(yàn)過程中，對(duì)于煤質(zhì)灰分測(cè)定的精細(xì)程度和準(zhǔn)確度的要求相當(dāng)高。

1 常用灰分測(cè)定方法

國(guó)標(biāo)中規(guī)定煤中灰分測(cè)定方法有兩種：快速灰化法和緩慢灰化法。這兩種方法共同之處是所用的儀器設(shè)備基本相同，都會(huì)用到馬弗爐、灰皿、分析天平、干燥器、耐熱瓷板或石棉板。但是快速灰化法的結(jié)果通常高于緩慢灰化法，因此在試驗(yàn)室中常用緩慢灰化法測(cè)定煤的灰分。

在緩慢灰化法的操作過程中，是在預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的灰皿中，稱取一定的煤樣，將其均勻地?cái)偲皆诨颐笾?，然后將盛有煤樣的灰皿送入溫度不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，待到馬弗爐工作結(jié)束，從爐中取出灰皿放在石棉板上，冷卻、稱量、計(jì)算。

2 灰分測(cè)定過程中的一些問題

在長(zhǎng)期實(shí)踐操作中，筆者發(fā)現(xiàn)在把灰皿放入爐中和把灰皿從爐中取出的操作中弊端重重，綜合為以下幾點(diǎn)。

（1）在放灰皿的過程中，用鋏子將一對(duì)對(duì)盛有試樣的灰皿夾進(jìn)馬弗爐里，過程比較繁瑣，費(fèi)時(shí)間，而且必須在100℃以內(nèi)將所有盛有試樣的灰皿全放進(jìn)去。

（2）取樣時(shí)，由于爐溫很高，在800℃以上。在此情況下，操作人員用鋏子夾灰皿的過程中爐中放出的熱氣有些燙，給操作人員帶來不便，甚至是危險(xiǎn)。而這個(gè)過程不是一次能完成的，有多少對(duì)煤樣，就要重復(fù)多少次這樣的操作過程。

（3）灰皿已在高溫下被加熱，在用鋏子夾的過程中，若灰皿與鋏子接觸時(shí)，互相受力不均勻或用力過大會(huì)把灰皿夾碎。這樣不僅損壞了設(shè)備，而且試驗(yàn)人員還得重新做該項(xiàng)試驗(yàn)，影響了試驗(yàn)進(jìn)度，增加了試驗(yàn)人員的負(fù)擔(dān)。

（4）一般在夾灰皿的過程中是一對(duì)一對(duì)將灰皿從馬弗爐中夾出的，為了保證灰皿在夾的過程中不會(huì)脫落，操作人員要掌控好鋏子伸進(jìn)灰皿的深度，稍有不慎，鋏子會(huì)將灰分夾帶出來，這樣會(huì)造成平行樣的誤差超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，直接影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和試驗(yàn)的進(jìn)度。

（5）一般每項(xiàng)試樣需稱兩次，若試樣多，所需要的灰皿就多。把灰皿放進(jìn)馬弗爐是按照一定順序放置的，而在取灰皿時(shí)一般是逆著方向從爐中取出放在石棉板上的。理論上講這樣做是沒問題的，但實(shí)際做起來偶爾也會(huì)弄混順序。

3 針對(duì)以上問題的解決方法

通過設(shè)計(jì)一個(gè)灰皿架，來解決上述問題。

1）材質(zhì)：用鎳鉻絲或耐熱金屬絲制成。這種材質(zhì)與測(cè)定揮發(fā)分時(shí)用到的坩堝架的材質(zhì)是相同的。因?yàn)闇y(cè)定揮發(fā)分的馬弗爐恒溫區(qū)是（900±5）℃，而測(cè)定灰分時(shí)馬弗爐需要保持的最高溫度是（815±10）℃，所以選擇坩堝架所用的材質(zhì)能承受900℃左右的高溫，也能承受815℃左右的高溫。

2）形狀：所設(shè)計(jì)的灰皿架的形狀（見圖1）。

圖1 灰分操作過程示意

圖2 灰皿尺寸分析

圖1 反映了灰分操作過程中的主要設(shè)備及操作流程，也反映了灰皿架的基本形狀。根據(jù)馬弗爐內(nèi)尺寸的大小，設(shè)計(jì)的灰皿架上只能放三行七列的灰皿。所以灰皿架的大小由馬弗爐內(nèi)的尺寸確定，其中每個(gè)網(wǎng)格的大小由灰皿大小確定，而灰皿的大小一般是國(guó)標(biāo)中有所規(guī)定的。由圖1和圖2可以看出灰皿外壁的中部與網(wǎng)格壁接觸，灰皿外壁的中部長(zhǎng)是50mm，寬是23.5mm，即一個(gè)網(wǎng)格的大小是長(zhǎng)50mm，寬23.5mm。為了使灰皿放在網(wǎng)格中有足夠的空間，該設(shè)計(jì)根據(jù)2個(gè)灰皿豎向?qū)R時(shí)外壁沿緊密接觸時(shí)外壁中部?jī)牲c(diǎn)的距離為1.5mm和2個(gè)灰皿橫向?qū)R時(shí)外壁沿緊密接觸時(shí)外壁中部?jī)牲c(diǎn)的距離為5mm，確定了內(nèi)部豎排格欄的直徑為3mm，橫排格欄和網(wǎng)格外沿的直徑是6mm。綜合上述，整個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)194.5mm，寬是174 mm。由于馬弗爐內(nèi)熱電偶平行于爐膛底20～30mm，設(shè)計(jì)中為了使灰皿底部不要碰到熱電偶，支柱高約在40～50 mm之間。

3）新灰皿架使用步驟：

（1）將所有盛有試樣的灰皿按照一定順序放在灰皿架上。再將灰皿架放入溫度低于100℃的馬弗爐中。就不用一個(gè)個(gè)或一對(duì)對(duì)的用鋏子夾入馬弗爐中，節(jié)省時(shí)間，也節(jié)省步驟。

（2）將灰皿取出馬弗爐時(shí)，可以用鉗子將灰皿架從爐中夾出，就不用一個(gè)個(gè)或一對(duì)對(duì)從高溫爐中夾出。這樣不僅使操作人員免受熱流之苦，而且鋏子不用與灰皿直接接觸，灰皿就不會(huì)輕易破碎或不會(huì)發(fā)生灰分被夾帶出去的情況，這樣既提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，也給操作人員減輕了負(fù)擔(dān)。

（3）灰皿是按照一定順序放在灰皿架上的，取出灰皿架時(shí)灰皿仍然是原來的順序，這樣就不會(huì)出現(xiàn)灰皿的順序被弄亂的問題。

（4）灰皿架避開了熱電偶的阻擋，節(jié)省出還能放一個(gè)灰皿的空間，這樣不僅使平行樣更均勻的處在同一溫度狀態(tài)下受熱，增加了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，而且節(jié)省出一定的空間，可以增加試驗(yàn)項(xiàng)目。

（5）值得提醒的是當(dāng)試驗(yàn)項(xiàng)目少的時(shí)候，試驗(yàn)人員盡量將灰皿往灰皿架的中間擺放，可以維持灰皿架的平衡，便于放取。

4 結(jié)語(yǔ)

灰分的測(cè)定在煤質(zhì)分析中同發(fā)熱量反映煤質(zhì)好壞的作用是相輔相成的，也是每次相關(guān)部門抽查的主要項(xiàng)目之一。它的操作性很強(qiáng)，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求比較高，所以通過該項(xiàng)改進(jìn)，幫助操作人員提高了工作速度和工作效率，減少了操作失誤，降低操作難度和危險(xiǎn)系數(shù)，提高了灰分測(cè)定的準(zhǔn)確率。