一种快速检测煤中可溶性na含量的方法
技术领域
1.本发明属于煤粉锅炉燃烧技术领域，主要涉及煤质参数的检测，具体涉及一种快速检测煤中可溶性na含量的方法。
背景技术：
2.高碱煤是我国主要的能源资源之一。高碱煤中高na含量导致其具有极强的结渣沾污性，危害锅炉设备和电网安全。高碱煤元素组成随地理位置和煤层深度剧烈波动。检测煤中na含量是可靠判别煤质风险的重要手段。然而电站锅炉煤炭燃料消纳更新快，需要快速检测煤中na含量(3h内出可靠结果)才能满足实际生产中调配煤种比例，以及采取针对性措施的需要。
3.现有煤样中na含量检测方法主要是灰成分检测法。灰成分检测法首先需要灼烧煤粉制灰，再对灰进行消解或者压片，制成光谱分析用样品，最后进行光谱检测并解析得出灰中钠含量，同时还需要化验得到灰分，才能计算出煤中钠含量。而为了防止煤中na高温大量挥发损失，合理、可靠的灼烧制灰温度一般控制在400℃以下(依据见论文：雷宇霆等.准东煤中钠的赋存形态及蒸发冷凝特性.燃烧科学与技术.2019年.)，导致制灰时间长达10h以上。化验灰分、煤灰消解或压片制样时间也较长。可靠的灰成分检测法整体效率极低，需要隔日甚至数日才可给出检测结果。
4.国内外学者针对煤中na含量检测难题，提出了逐级萃取法，目的是区分出水溶性、醋酸铵溶性、盐酸溶性钠，进而研究na的元素赋存形态。现有前沿研究已证明溶解性na是高碱煤中na的主要赋存形态，且与煤中na的挥发及煤质结渣沾污性存在强烈的正相关关系。现有的逐级萃取或者单步萃取法，效率极低，通常需要12h以上，经发明人分析发现主要原因如下：1)煤粉具有疏水性，溶液与煤粉的润湿困难，煤中na在煤粉未润湿情况下难以进入溶液；2)煤粉具有一定粒度，煤中na传质阻力大，进入溶液速率慢；3)基于科学研究的准确性需要，追求最大限度地萃取出更多的na。上述原因导致萃取及化验流程极其缓慢，通常需要隔日甚至数日才可给出检测结果。灰成分检测法和现有的溶液萃取法萃取法，分析na含量的共同特征均为效率极低，目前只能在科学技术研究中采用，尚不能满足实际生产需要。
技术实现要素：
5.为了解决燃煤电厂快速检验煤中na含量、预判燃煤安全风险的难题，本发明提供一种快速检测煤中可溶性na含量的方法，通过表面活性剂、酸溶和超声波联合促溶实现煤中钠快速进入溶液，然后利用钠离子计快速检出na含量，进而实现对燃煤结渣、沾污风险的可靠评估。
6.本发明为解决所述问题提供一种快速检测煤中可溶性na含量的方法，包括以下步骤：
7.s1，将煤样磨制成能全部通过45μm煤粉筛的煤粉样；
8.s2，将去离子水、无钠表面活性剂和无钠酸性溶液配制成洗煤液；
9.s3，将煤粉样和洗煤液混合搅拌均匀得到混合液；
10.s4，利用超声波清洗装置对混合液进行促溶处理；
11.s5，利用抽滤装置从促溶处理后的混合溶液中分离煤粒与溶液，抽滤过程使用去离子水冲洗滤饼，所有抽滤产生的溶液汇积于同一容器；
12.s6，将无钠碱性化合物加入抽滤得到的溶液中，充分搅拌，制成中性或碱性溶液并转移至容量瓶中，用去离子水将碱性溶液制备成已知体积的常温待测溶液；
13.s7，用洁净杯具取待测溶液，测量待测溶液中的钠离子浓度，根据所述钠离子浓度计算出单位质量煤粉样中洗出na的质量含量w
na,coal
，即作为煤中可溶性na含量指标。
14.具体可选地，s1中先将煤样破碎、缩分成质量100～200g、粒度小于1mm的煤粒；然后将煤粒放入80～120℃的加热设备中烘干5～10min，再取出冷却；最后将煤粒制备成可全部通过45μm煤粉筛的煤粉样。
15.具体可选地，s2中无钠表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚或者十二烷基三甲基氯化铵；所述无钠表面活性剂质量与去离子水的质量配比为1比50～200；所述无钠酸性溶液为稀盐酸；稀盐酸用量按洗煤液配制完成后h
浓度为0.05～0.2mol/l确定。
16.具体可选地，s3中先将煤粉样和洗煤液在室温下混合、搅拌1～3min，再将混合液加热至85
±
10℃；所述煤粉样和洗煤液的质量配比为1比30～200。
17.具体可选地，s4中超声波清洗装置为可调节水浴温度的超声波水恒温水浴锅，对混合液进行促溶处理时，水浴温度介于75～95℃；超声波工作频率为20～40khz，促溶时间为5-20min。
18.具体可选地，s5中去离子水分8次以上冲洗滤饼，去离子水总使用量是s3中洗煤液体积的2～5倍。
19.具体可选地，s6中无钠碱性化合物为二异丙胺或碳酸铵或尿素，采用ph试纸校核溶液酸碱性。
20.具体可选地，s7中，取200～500ml待测溶液，采用钠离子浓度测量相对误差可控制在
±
2.0％以内的钠离子计，每次开机后进行标定，标定及工作的钠离子浓度区间为0.23～23mg/l。
21.优选地，除所述7个步骤外，还检测煤粉样的灰分a：称取0.5～1.0g煤粉样与0.5～1.0g氧化铝粉末，分别记录其质量，搅拌混合均匀后平铺于底部面积大于8cm2的金属坩埚中；然后在马弗炉中灼烧5～10min；取出坩埚并在干燥环境中冷却后，称量、计算残灰与煤粉样的质量比例，作为煤粉样的灰分a；最后计算出灰中洗出na的质量含量w
na,ash
＝w
na,coal
/a。所述氧化铝粉末为干燥状态、粒径小于45μm的分析纯试样；预先将马弗炉炉温调节至815
±
10℃；利用坩埚钳将装有煤粉样且煤粉堆积厚度小于1.0mm的坩埚直接置入马弗炉中快速灼烧、灰化，并在持续灼烧5min后利用坩埚直接取出；所述坩埚材质采用石英或者镍铬合金。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.①
本发明提出一种快速检测煤中可溶性na含量的方法，通过合理降低煤粉细度、采用表面活性剂和超声波处理可显著、快速地增加煤粉的分散、润湿面积，大幅度地降低了煤粉中na进入水溶液的阻力，可以大幅度缩短分析时间；
24.②
将去离子水、无钠表面活性剂和无钠酸性溶液配制成单步萃取洗煤液，省去了逐级萃取的操作工序和时间，提高了分析效率，采用钠离子计并选用中、高准确度普适型仪器检测溶液钠离子浓度，大幅度改善分析便捷性，利于生产技术人员掌握；
25.③
现有技同类技术大多数应用于科学研究，无法在实际生产中开展日常性化验。而本项目技术成本低、效率高、操作简便、可实现性好，因此十分有利于应用于火电厂生产实践，在2h以内给出煤/灰中钠含量，进而与生产实际高度耦合，为防控高碱煤结渣沾污提供具有时效性意义的基础数据。
具体实施方式
26.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
27.实施方式一：
28.第1步：将煤样磨制成可全部通过45μm煤粉筛的煤粉样。
29.具体地，先将煤样破碎、缩分成质量150g左右、全部通过1mm煤粉筛的煤粒；然后将煤粒平铺放入方盘，煤粒厚度小于2mm，放入105℃左右的加热设备中烘干5min，再取出冷却；接着使用煤样制样机粉磨3min左右，再使用45μm煤粉筛筛分出粒径大于45μm的煤粉，放回煤样制样机继续粉磨。多次重复直至粒径大于45μm的煤粉质量小于1.0g(该部分可弃除)。
30.注：上述工艺流程可实现快速制样，所得煤样近乎空气干燥基煤粉；试验室制备微细颗粒需要兼顾可行性和效率，一般而言将煤粉磨制至全部通过30μm煤粉筛较为困难，且效率低；磨制成可全部通过45μm煤粉筛的煤粉样，可行性好且可确保制样效率，因此是优化参数。
31.第2步：将去离子水、无钠表面活性剂和无钠酸性溶液配制成洗煤液。
32.具体地，无钠表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述无钠表面活性剂质量与去离子水的质量配比约为1比100；所述无钠酸性溶液为稀盐酸；稀盐酸用量按洗煤液配制完成后h 浓度为0.1mol/l左右确定。若使用的稀盐酸直接满足试验需要，则可取150ml左右稀盐酸，将表面活性剂加入稀盐酸中；若配制洗煤液时使用浓度偏高的盐酸，则先取150ml左右蒸馏水，再将计算所得适量盐酸缓慢加入蒸馏水并缓慢搅拌30s，在静置1min后加入无钠表面活性剂。
33.注：使用无钠表面活性剂是本发明的重要技术特征，可大幅度加速煤粉与溶液润湿、接触，促进na水解进入溶液；经过探索、筛选出了适宜的无钠活性剂，需满足与含碳有机质高效润湿、不起泡、不含钠、活性剂制成过程无钠污染、耐酸碱作用、安全风险低、便于购买获得、便于称重使用、适合实验室保存等条件。聚乙烯吡咯烷酮或者烷基酚聚氧乙烯醚或者十二烷基三甲基氯化铵可满足上述要求，是常见化学试剂。当然，表面活性剂目的是促溶，可能还有很多种适宜的活性剂，同时还可以联合使用多种活性剂和试剂，例如将起泡表面活性剂和消泡试剂联合，适当组合也可满足用途。
34.第3步：将煤粉样和洗煤液混合搅拌成混合液；
35.具体地，先使用分辨率为1mg或0.1mg或0.01mg的天平，称取1.00g煤粉样，置入玻
璃烧杯底部；再将约100ml洗煤液倒入烧杯中，与煤粉混合，使用玻璃棒搅拌混合液2min；
36.可选地，使用加热装置将混合液加热至85℃左右；所述煤粉样和洗煤液的质量配比为1比100。
37.第4步：利用超声波清洗装置对混合液进行促溶处理5～20min。
38.具体地，将装有混合液的烧杯放入超声波水槽的篮子中，使水槽液面高于烧杯中混合液液面，开启超声波对混合液行促溶处理时，超声波工作频率为30khz左右。
39.可选地，所述超声波清洗装置为可调节水浴温度的超声波水恒温水浴锅，水浴温度预先调节至85℃左右；超声波工作频率可在20～40khz选用。
40.注：该步技术要点是使用超声波对混合液进行促溶处理。由于超声波装置的结构可变化，使用方式也很多，因此本步骤可以有多种变化，最终效果是实现混合液中煤和洗液的混溶。
41.第5步：利用抽滤装置分离煤粒与溶液，抽滤过程使用去离子水冲洗滤饼，所有抽滤产生的溶液汇积于同一容器。
42.具体地，将抽滤滤纸安置入过滤漏斗内，将混合液倒入抽滤装置后，启动抽滤程序，待液体全部通过滤纸后，停止抽滤程序；将未用完的50ml左右洗煤液全部倒入抽滤漏斗内与煤样混合，静置60s后，启动抽滤程序，待液体全部通过滤纸后，停止抽滤程序；然后将30ml左右去离子水倒入抽滤漏斗内与煤样混合，静置30s，启动抽滤程序，待液体全部通过滤纸后，停止抽滤程序；重复执行去离子水冲洗滤饼与抽滤动作8次以上，所有抽滤产生的溶液汇积于同一容器，即抽滤瓶中，控制去离子水总使用量是第3步中洗煤液体积的3倍左右，抽滤所得最终溶液约为400ml左右，将抽滤瓶中的溶液转移至洁净烧杯中，使用40ml左右去离子水分2次冲洗抽滤瓶，冲洗水加入所述烧杯中。
43.注：抽滤是实验室的常见操作，工器具种类和型号较多，在此不赘述具体选择。
44.第6步：将无钠碱性化合物加入抽滤得到的溶液中，充分搅拌，制成中性或碱性溶液并转移至容量瓶中，用去离子水将碱性溶液制备成已知体积的常温待测溶液。
45.具体地，将无钠碱性化合物，即二异丙胺或碳酸铵，缓慢加入烧杯中搅拌，使用ph试纸检测溶液酸碱度，待ph值位于7～8之间时，停止操作。然后将烧杯中溶液转移至500ml容量瓶中，使用40ml去离子水分2次冲洗烧杯，所得洗液转移入容量瓶，然后静置容量瓶1min以上，采用去离子水将溶液配制成500ml。
46.注：调节溶液ph值的目的是为后续钠离子计实现高效、准确检测提供良好条件。
47.第7步：用洁净杯具取200～500ml待测溶液，利用钠离子计测量待测溶液中的钠离子浓度，计算出单位质量煤粉样中洗出na的质量含量w
na,coal
，即作为煤中可溶性na含量指标。
48.具体地，选用钠离子浓度测量相对误差可控制在
±
2.0％以内的钠离子计，预先进行标定，一般在每次开机后使用标准液进行标定，标定及工作的钠离子浓度区间覆盖0.23～23mg/l。将钠离子电极插入待测溶液，测量出钠离子摩尔浓度。将钠离子摩尔浓度乘以500ml，再除以煤质质量，并折算为煤粉样中洗出na的质量含量w
na,coal
。例如新疆准东天池矿高碱煤，煤粉质量1.00g，溶液体积500ml，测出钠离子浓度3.98mg/l(pna＝3.76)，则：
49.50.注：钠离子计是化学实验室常规仪器，存在多种准确度和多种型号供选取，在此不赘述其原理和构成，测量相对误差为
±
2.0％左右的钠离子计属于可选用的中等准确度等级的型号，可兼顾测量不确定度和仪器购置成本。
51.上述流程可实现三大目标：1)煤粉中可溶性na几乎全部快速进入酸溶液；2)检测全流程短于2h(含平行重复测试流程)，满足实际生产需要；3)使用常规、安全试剂，并且初投入及耗材费用较低。最终实现煤中可溶性na含量的快速检测。而可溶性na含量与煤的结渣沾污性和配煤改性工艺密切相关，因此上述流程可以辅助解决电厂燃用高碱煤的结渣沾污防控问题。
52.实施方式二：
53.在具体实施方式一的基础上检测煤粉样的灰分a：称取0.5～1.0g煤粉样与0.5～1.0g氧化铝粉末，分别记录其质量，搅拌混合均匀后平铺于底部面积大于8cm2的金属坩埚中；然后在马弗炉中灼烧5min；取出坩埚并在干燥环境中冷却后，称量、计算煤粉燃烧残灰质量(氧化铝质量不变，扣除氧化铝质量)，并与煤粉样的质量相除得到煤粉的灰分，即a；最后计算出灰中可溶性na的质量含量w
na,ash
＝w
na,coal
/a。
54.具体地，氧化铝粉末为干燥状态、粒径小于45μm的分析纯试样；预先将马弗炉炉温调节至815
±
10℃；利用坩埚钳将装有煤粉样且煤粉堆积厚度小于1.0mm的坩埚直接置入马弗炉中快速灼烧、灰化，并在持续灼烧5min后利用坩埚直接取出；所述坩埚材质采用石英或者镍铬合金。
55.例如前述新疆准东天池矿高碱煤，可溶性钠含量w
na,coal
测得1.78mg/g，这里测量灰分，煤粉质量0.5505g，氧化铝粉末质量0.8630g，放入净质量为81.5560g的s31008金属坩埚中，快速灼烧后含灰坩埚质量变为82.4492g，则：
[0056][0057][0058]
注：检测灰分，使得测量计算灰中可溶性钠含量成为可能，可更好地表征煤灰结渣沾污性。为了快速检测灰成分，与可溶性钠离子检测程序匹配，这里大幅度优化了灰分的检测方法。使用氧化铝粉末一方面是为了煤粉的高效率完全燃尽，防止煤粉样着火后剧烈燃烧熔化成球或者软焦导致的不完全燃烧；另一方面氧化铝具有丰富的孔隙结构，可吸附逃逸钠蒸汽等气相金属，进而使得灰分测量更加准确可靠。使用金属或者石英坩埚可将其快速直接放入高温的马弗炉中，防止炸裂，实现快速灰化。而高碱煤一般为低阶高反应性煤，灰化过程十分快速，因此灼烧5min即可使煤样完全燃烧。
[0059]
该实施方式可得到煤粉的灰分和煤灰中可溶性na含量，可以更好地评估煤的结渣沾污性。一般而言，多种煤混烧的重要目的之一就是为了调节灰中可溶性na含量。因此得到煤灰中可溶性na含量可以更好地指导生产。
[0060]
实施方式三：
[0061]
该实施方式是在具体实施方式二上应用灰中可溶性na的质量含量w
na,ash
决策生产过程。具体实施方式如下：
[0062]
检测入厂煤或者入炉煤的灰中可溶性na的质量含量w
na,ash
，按下述规则判定煤种
结渣沾污风险等级：
[0063]
1)当w
na,ash
≤5mg/g，结渣沾污风险为低；
[0064]
2)当5mg/g《w
na,ash
≤11mg/g，结渣沾污风险为中低；
[0065]
3)当11mg/g《w
na,ash
≤22mg/g，结渣沾污风险为中高；
[0066]
4)当w
na,ash
》22mg/g，结渣沾污风险为极高。
[0067]
当结渣沾污风险为低或者中低时，可正常燃用，全流程吹灰频率不超过每日1轮；
[0068]
当结渣沾污风险为低或者中高时，可燃用，全流程吹灰频率维持在每日2～5轮，并需要加强对锅炉的监视，若出现结渣沾污不断加重的情况，则应调整配煤，降低入炉煤w
na,ash
水平；
[0069]
当结渣沾污风险为极高时，不得直接燃用，需要立即调整配煤，降低入炉煤w
na,ash
水平至中高或者中低水平；若燃煤已入炉，则应在本班运行中加强吹灰，特别是炉膛燃烧器区域水冷壁、屏式过热器、高温过热器区域，同时在下一班上煤时增加低风险燃料/添加剂用量，大幅度降低w
na,ash
，使锅炉及时恢复安全稳定状态。
技术领域
1.本发明属于煤粉锅炉燃烧技术领域，主要涉及煤质参数的检测，具体涉及一种快速检测煤中可溶性na含量的方法。
背景技术：
2.高碱煤是我国主要的能源资源之一。高碱煤中高na含量导致其具有极强的结渣沾污性，危害锅炉设备和电网安全。高碱煤元素组成随地理位置和煤层深度剧烈波动。检测煤中na含量是可靠判别煤质风险的重要手段。然而电站锅炉煤炭燃料消纳更新快，需要快速检测煤中na含量(3h内出可靠结果)才能满足实际生产中调配煤种比例，以及采取针对性措施的需要。
3.现有煤样中na含量检测方法主要是灰成分检测法。灰成分检测法首先需要灼烧煤粉制灰，再对灰进行消解或者压片，制成光谱分析用样品，最后进行光谱检测并解析得出灰中钠含量，同时还需要化验得到灰分，才能计算出煤中钠含量。而为了防止煤中na高温大量挥发损失，合理、可靠的灼烧制灰温度一般控制在400℃以下(依据见论文：雷宇霆等.准东煤中钠的赋存形态及蒸发冷凝特性.燃烧科学与技术.2019年.)，导致制灰时间长达10h以上。化验灰分、煤灰消解或压片制样时间也较长。可靠的灰成分检测法整体效率极低，需要隔日甚至数日才可给出检测结果。
4.国内外学者针对煤中na含量检测难题，提出了逐级萃取法，目的是区分出水溶性、醋酸铵溶性、盐酸溶性钠，进而研究na的元素赋存形态。现有前沿研究已证明溶解性na是高碱煤中na的主要赋存形态，且与煤中na的挥发及煤质结渣沾污性存在强烈的正相关关系。现有的逐级萃取或者单步萃取法，效率极低，通常需要12h以上，经发明人分析发现主要原因如下：1)煤粉具有疏水性，溶液与煤粉的润湿困难，煤中na在煤粉未润湿情况下难以进入溶液；2)煤粉具有一定粒度，煤中na传质阻力大，进入溶液速率慢；3)基于科学研究的准确性需要，追求最大限度地萃取出更多的na。上述原因导致萃取及化验流程极其缓慢，通常需要隔日甚至数日才可给出检测结果。灰成分检测法和现有的溶液萃取法萃取法，分析na含量的共同特征均为效率极低，目前只能在科学技术研究中采用，尚不能满足实际生产需要。
技术实现要素：
5.为了解决燃煤电厂快速检验煤中na含量、预判燃煤安全风险的难题，本发明提供一种快速检测煤中可溶性na含量的方法，通过表面活性剂、酸溶和超声波联合促溶实现煤中钠快速进入溶液，然后利用钠离子计快速检出na含量，进而实现对燃煤结渣、沾污风险的可靠评估。
6.本发明为解决所述问题提供一种快速检测煤中可溶性na含量的方法，包括以下步骤：
7.s1，将煤样磨制成能全部通过45μm煤粉筛的煤粉样；
8.s2，将去离子水、无钠表面活性剂和无钠酸性溶液配制成洗煤液；
9.s3，将煤粉样和洗煤液混合搅拌均匀得到混合液；
10.s4，利用超声波清洗装置对混合液进行促溶处理；
11.s5，利用抽滤装置从促溶处理后的混合溶液中分离煤粒与溶液，抽滤过程使用去离子水冲洗滤饼，所有抽滤产生的溶液汇积于同一容器；
12.s6，将无钠碱性化合物加入抽滤得到的溶液中，充分搅拌，制成中性或碱性溶液并转移至容量瓶中，用去离子水将碱性溶液制备成已知体积的常温待测溶液；
13.s7，用洁净杯具取待测溶液，测量待测溶液中的钠离子浓度，根据所述钠离子浓度计算出单位质量煤粉样中洗出na的质量含量w
na,coal
，即作为煤中可溶性na含量指标。
14.具体可选地，s1中先将煤样破碎、缩分成质量100～200g、粒度小于1mm的煤粒；然后将煤粒放入80～120℃的加热设备中烘干5～10min，再取出冷却；最后将煤粒制备成可全部通过45μm煤粉筛的煤粉样。
15.具体可选地，s2中无钠表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚或者十二烷基三甲基氯化铵；所述无钠表面活性剂质量与去离子水的质量配比为1比50～200；所述无钠酸性溶液为稀盐酸；稀盐酸用量按洗煤液配制完成后h
浓度为0.05～0.2mol/l确定。
16.具体可选地，s3中先将煤粉样和洗煤液在室温下混合、搅拌1～3min，再将混合液加热至85
±
10℃；所述煤粉样和洗煤液的质量配比为1比30～200。
17.具体可选地，s4中超声波清洗装置为可调节水浴温度的超声波水恒温水浴锅，对混合液进行促溶处理时，水浴温度介于75～95℃；超声波工作频率为20～40khz，促溶时间为5-20min。
18.具体可选地，s5中去离子水分8次以上冲洗滤饼，去离子水总使用量是s3中洗煤液体积的2～5倍。
19.具体可选地，s6中无钠碱性化合物为二异丙胺或碳酸铵或尿素，采用ph试纸校核溶液酸碱性。
20.具体可选地，s7中，取200～500ml待测溶液，采用钠离子浓度测量相对误差可控制在
±
2.0％以内的钠离子计，每次开机后进行标定，标定及工作的钠离子浓度区间为0.23～23mg/l。
21.优选地，除所述7个步骤外，还检测煤粉样的灰分a：称取0.5～1.0g煤粉样与0.5～1.0g氧化铝粉末，分别记录其质量，搅拌混合均匀后平铺于底部面积大于8cm2的金属坩埚中；然后在马弗炉中灼烧5～10min；取出坩埚并在干燥环境中冷却后，称量、计算残灰与煤粉样的质量比例，作为煤粉样的灰分a；最后计算出灰中洗出na的质量含量w
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＝w
na,coal
/a。所述氧化铝粉末为干燥状态、粒径小于45μm的分析纯试样；预先将马弗炉炉温调节至815
±
10℃；利用坩埚钳将装有煤粉样且煤粉堆积厚度小于1.0mm的坩埚直接置入马弗炉中快速灼烧、灰化，并在持续灼烧5min后利用坩埚直接取出；所述坩埚材质采用石英或者镍铬合金。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.①
本发明提出一种快速检测煤中可溶性na含量的方法，通过合理降低煤粉细度、采用表面活性剂和超声波处理可显著、快速地增加煤粉的分散、润湿面积，大幅度地降低了煤粉中na进入水溶液的阻力，可以大幅度缩短分析时间；
24.②
将去离子水、无钠表面活性剂和无钠酸性溶液配制成单步萃取洗煤液，省去了逐级萃取的操作工序和时间，提高了分析效率，采用钠离子计并选用中、高准确度普适型仪器检测溶液钠离子浓度，大幅度改善分析便捷性，利于生产技术人员掌握；
25.③
现有技同类技术大多数应用于科学研究，无法在实际生产中开展日常性化验。而本项目技术成本低、效率高、操作简便、可实现性好，因此十分有利于应用于火电厂生产实践，在2h以内给出煤/灰中钠含量，进而与生产实际高度耦合，为防控高碱煤结渣沾污提供具有时效性意义的基础数据。
具体实施方式
26.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
27.实施方式一：
28.第1步：将煤样磨制成可全部通过45μm煤粉筛的煤粉样。
29.具体地，先将煤样破碎、缩分成质量150g左右、全部通过1mm煤粉筛的煤粒；然后将煤粒平铺放入方盘，煤粒厚度小于2mm，放入105℃左右的加热设备中烘干5min，再取出冷却；接着使用煤样制样机粉磨3min左右，再使用45μm煤粉筛筛分出粒径大于45μm的煤粉，放回煤样制样机继续粉磨。多次重复直至粒径大于45μm的煤粉质量小于1.0g(该部分可弃除)。
30.注：上述工艺流程可实现快速制样，所得煤样近乎空气干燥基煤粉；试验室制备微细颗粒需要兼顾可行性和效率，一般而言将煤粉磨制至全部通过30μm煤粉筛较为困难，且效率低；磨制成可全部通过45μm煤粉筛的煤粉样，可行性好且可确保制样效率，因此是优化参数。
31.第2步：将去离子水、无钠表面活性剂和无钠酸性溶液配制成洗煤液。
32.具体地，无钠表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述无钠表面活性剂质量与去离子水的质量配比约为1比100；所述无钠酸性溶液为稀盐酸；稀盐酸用量按洗煤液配制完成后h 浓度为0.1mol/l左右确定。若使用的稀盐酸直接满足试验需要，则可取150ml左右稀盐酸，将表面活性剂加入稀盐酸中；若配制洗煤液时使用浓度偏高的盐酸，则先取150ml左右蒸馏水，再将计算所得适量盐酸缓慢加入蒸馏水并缓慢搅拌30s，在静置1min后加入无钠表面活性剂。
33.注：使用无钠表面活性剂是本发明的重要技术特征，可大幅度加速煤粉与溶液润湿、接触，促进na水解进入溶液；经过探索、筛选出了适宜的无钠活性剂，需满足与含碳有机质高效润湿、不起泡、不含钠、活性剂制成过程无钠污染、耐酸碱作用、安全风险低、便于购买获得、便于称重使用、适合实验室保存等条件。聚乙烯吡咯烷酮或者烷基酚聚氧乙烯醚或者十二烷基三甲基氯化铵可满足上述要求，是常见化学试剂。当然，表面活性剂目的是促溶，可能还有很多种适宜的活性剂，同时还可以联合使用多种活性剂和试剂，例如将起泡表面活性剂和消泡试剂联合，适当组合也可满足用途。
34.第3步：将煤粉样和洗煤液混合搅拌成混合液；
35.具体地，先使用分辨率为1mg或0.1mg或0.01mg的天平，称取1.00g煤粉样，置入玻
璃烧杯底部；再将约100ml洗煤液倒入烧杯中，与煤粉混合，使用玻璃棒搅拌混合液2min；
36.可选地，使用加热装置将混合液加热至85℃左右；所述煤粉样和洗煤液的质量配比为1比100。
37.第4步：利用超声波清洗装置对混合液进行促溶处理5～20min。
38.具体地，将装有混合液的烧杯放入超声波水槽的篮子中，使水槽液面高于烧杯中混合液液面，开启超声波对混合液行促溶处理时，超声波工作频率为30khz左右。
39.可选地，所述超声波清洗装置为可调节水浴温度的超声波水恒温水浴锅，水浴温度预先调节至85℃左右；超声波工作频率可在20～40khz选用。
40.注：该步技术要点是使用超声波对混合液进行促溶处理。由于超声波装置的结构可变化，使用方式也很多，因此本步骤可以有多种变化，最终效果是实现混合液中煤和洗液的混溶。
41.第5步：利用抽滤装置分离煤粒与溶液，抽滤过程使用去离子水冲洗滤饼，所有抽滤产生的溶液汇积于同一容器。
42.具体地，将抽滤滤纸安置入过滤漏斗内，将混合液倒入抽滤装置后，启动抽滤程序，待液体全部通过滤纸后，停止抽滤程序；将未用完的50ml左右洗煤液全部倒入抽滤漏斗内与煤样混合，静置60s后，启动抽滤程序，待液体全部通过滤纸后，停止抽滤程序；然后将30ml左右去离子水倒入抽滤漏斗内与煤样混合，静置30s，启动抽滤程序，待液体全部通过滤纸后，停止抽滤程序；重复执行去离子水冲洗滤饼与抽滤动作8次以上，所有抽滤产生的溶液汇积于同一容器，即抽滤瓶中，控制去离子水总使用量是第3步中洗煤液体积的3倍左右，抽滤所得最终溶液约为400ml左右，将抽滤瓶中的溶液转移至洁净烧杯中，使用40ml左右去离子水分2次冲洗抽滤瓶，冲洗水加入所述烧杯中。
43.注：抽滤是实验室的常见操作，工器具种类和型号较多，在此不赘述具体选择。
44.第6步：将无钠碱性化合物加入抽滤得到的溶液中，充分搅拌，制成中性或碱性溶液并转移至容量瓶中，用去离子水将碱性溶液制备成已知体积的常温待测溶液。
45.具体地，将无钠碱性化合物，即二异丙胺或碳酸铵，缓慢加入烧杯中搅拌，使用ph试纸检测溶液酸碱度，待ph值位于7～8之间时，停止操作。然后将烧杯中溶液转移至500ml容量瓶中，使用40ml去离子水分2次冲洗烧杯，所得洗液转移入容量瓶，然后静置容量瓶1min以上，采用去离子水将溶液配制成500ml。
46.注：调节溶液ph值的目的是为后续钠离子计实现高效、准确检测提供良好条件。
47.第7步：用洁净杯具取200～500ml待测溶液，利用钠离子计测量待测溶液中的钠离子浓度，计算出单位质量煤粉样中洗出na的质量含量w
na,coal
，即作为煤中可溶性na含量指标。
48.具体地，选用钠离子浓度测量相对误差可控制在
±
2.0％以内的钠离子计，预先进行标定，一般在每次开机后使用标准液进行标定，标定及工作的钠离子浓度区间覆盖0.23～23mg/l。将钠离子电极插入待测溶液，测量出钠离子摩尔浓度。将钠离子摩尔浓度乘以500ml，再除以煤质质量，并折算为煤粉样中洗出na的质量含量w
na,coal
。例如新疆准东天池矿高碱煤，煤粉质量1.00g，溶液体积500ml，测出钠离子浓度3.98mg/l(pna＝3.76)，则：
49.50.注：钠离子计是化学实验室常规仪器，存在多种准确度和多种型号供选取，在此不赘述其原理和构成，测量相对误差为
±
2.0％左右的钠离子计属于可选用的中等准确度等级的型号，可兼顾测量不确定度和仪器购置成本。
51.上述流程可实现三大目标：1)煤粉中可溶性na几乎全部快速进入酸溶液；2)检测全流程短于2h(含平行重复测试流程)，满足实际生产需要；3)使用常规、安全试剂，并且初投入及耗材费用较低。最终实现煤中可溶性na含量的快速检测。而可溶性na含量与煤的结渣沾污性和配煤改性工艺密切相关，因此上述流程可以辅助解决电厂燃用高碱煤的结渣沾污防控问题。
52.实施方式二：
53.在具体实施方式一的基础上检测煤粉样的灰分a：称取0.5～1.0g煤粉样与0.5～1.0g氧化铝粉末，分别记录其质量，搅拌混合均匀后平铺于底部面积大于8cm2的金属坩埚中；然后在马弗炉中灼烧5min；取出坩埚并在干燥环境中冷却后，称量、计算煤粉燃烧残灰质量(氧化铝质量不变，扣除氧化铝质量)，并与煤粉样的质量相除得到煤粉的灰分，即a；最后计算出灰中可溶性na的质量含量w
na,ash
＝w
na,coal
/a。
54.具体地，氧化铝粉末为干燥状态、粒径小于45μm的分析纯试样；预先将马弗炉炉温调节至815
±
10℃；利用坩埚钳将装有煤粉样且煤粉堆积厚度小于1.0mm的坩埚直接置入马弗炉中快速灼烧、灰化，并在持续灼烧5min后利用坩埚直接取出；所述坩埚材质采用石英或者镍铬合金。
55.例如前述新疆准东天池矿高碱煤，可溶性钠含量w
na,coal
测得1.78mg/g，这里测量灰分，煤粉质量0.5505g，氧化铝粉末质量0.8630g，放入净质量为81.5560g的s31008金属坩埚中，快速灼烧后含灰坩埚质量变为82.4492g，则：
[0056][0057][0058]
注：检测灰分，使得测量计算灰中可溶性钠含量成为可能，可更好地表征煤灰结渣沾污性。为了快速检测灰成分，与可溶性钠离子检测程序匹配，这里大幅度优化了灰分的检测方法。使用氧化铝粉末一方面是为了煤粉的高效率完全燃尽，防止煤粉样着火后剧烈燃烧熔化成球或者软焦导致的不完全燃烧；另一方面氧化铝具有丰富的孔隙结构，可吸附逃逸钠蒸汽等气相金属，进而使得灰分测量更加准确可靠。使用金属或者石英坩埚可将其快速直接放入高温的马弗炉中，防止炸裂，实现快速灰化。而高碱煤一般为低阶高反应性煤，灰化过程十分快速，因此灼烧5min即可使煤样完全燃烧。
[0059]
该实施方式可得到煤粉的灰分和煤灰中可溶性na含量，可以更好地评估煤的结渣沾污性。一般而言，多种煤混烧的重要目的之一就是为了调节灰中可溶性na含量。因此得到煤灰中可溶性na含量可以更好地指导生产。
[0060]
实施方式三：
[0061]
该实施方式是在具体实施方式二上应用灰中可溶性na的质量含量w
na,ash
决策生产过程。具体实施方式如下：
[0062]
检测入厂煤或者入炉煤的灰中可溶性na的质量含量w
na,ash
，按下述规则判定煤种
结渣沾污风险等级：
[0063]
1)当w
na,ash
≤5mg/g，结渣沾污风险为低；
[0064]
2)当5mg/g《w
na,ash
≤11mg/g，结渣沾污风险为中低；
[0065]
3)当11mg/g《w
na,ash
≤22mg/g，结渣沾污风险为中高；
[0066]
4)当w
na,ash
》22mg/g，结渣沾污风险为极高。
[0067]
当结渣沾污风险为低或者中低时，可正常燃用，全流程吹灰频率不超过每日1轮；
[0068]
当结渣沾污风险为低或者中高时，可燃用，全流程吹灰频率维持在每日2～5轮，并需要加强对锅炉的监视，若出现结渣沾污不断加重的情况，则应调整配煤，降低入炉煤w
na,ash
水平；
[0069]
当结渣沾污风险为极高时，不得直接燃用，需要立即调整配煤，降低入炉煤w
na,ash
水平至中高或者中低水平；若燃煤已入炉，则应在本班运行中加强吹灰，特别是炉膛燃烧器区域水冷壁、屏式过热器、高温过热器区域，同时在下一班上煤时增加低风险燃料/添加剂用量，大幅度降低w
na,ash
，使锅炉及时恢复安全稳定状态。
再多了解一些
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