一、引言
煤炭作為全球重要的基礎(chǔ)能源和工業(yè)原料，其質(zhì)量評(píng)估至關(guān)重要。其中，硫含量是評(píng)價(jià)煤炭品質(zhì)的核心指標(biāo)之一。煤炭中的硫以多種形態(tài)存在，在燃燒或加工轉(zhuǎn)化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生二氧化硫(SO?)和三氧化硫(SO?)，這些物質(zhì)是形成酸雨、導(dǎo)致大氣污染的主要元兇，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境并危害人體健康。此外，硫分還會(huì)腐蝕工業(yè)窯爐和鍋爐設(shè)備，影響鋼鐵冶煉質(zhì)量(引起“熱脆性”)，并導(dǎo)致化工催化劑中毒。
因此，準(zhǔn)確、快速地測(cè)定煤中硫含量，對(duì)于煤炭的清潔高效利用、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)品定價(jià)、工藝控制以及遵守環(huán)保法規(guī)都具有不可替代的意義。煤中硫含量測(cè)定儀便是為此目的而設(shè)計(jì)的專業(yè)化、高精度的分析儀器。
二、煤中硫含量測(cè)定儀的定義與工作原理
定義：煤中硫含量測(cè)定儀是一類專門設(shè)計(jì)用于定量分析煤炭樣品中全硫(即各種形態(tài)硫的總和)含量的分析設(shè)備的統(tǒng)稱。它通過(guò)模擬或?qū)嶋H完成煤樣的燃燒過(guò)程，將硫元素轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的信號(hào)，從而計(jì)算出其精確含量。
核心工作原理：盡管具體技術(shù)路線不同，但所有煤中硫含量測(cè)定儀的核心工作原理都遵循以下三個(gè)基本步驟：
1.樣品分解與轉(zhuǎn)化：將制備好的煤樣在高溫(通常為1350℃左右)和富氧環(huán)境下進(jìn)行燃燒。在此過(guò)程中，煤中的各種形態(tài)硫(有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫化物硫、硫酸鹽硫)均被氧化分解，最終統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的二氧化硫(SO?)。可能的副反應(yīng)如生成三氧化硫(SO?)會(huì)被特定的催化劑抑制或通過(guò)后續(xù)處理消除干擾。
反應(yīng)式：S (煤中) + O? → SO?
2.信號(hào)檢測(cè)：將燃燒后氣體中的SO?進(jìn)行分離或直接測(cè)量。根據(jù)儀器類型的不同，檢測(cè)方法各異：
紅外吸收法：使含有SO?的氣體流過(guò)特定的紅外檢測(cè)池。SO?分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光(通常在7.4μm附近)有強(qiáng)烈的特征吸收。根據(jù)朗伯-比爾定律，通過(guò)測(cè)量紅外光被吸收的強(qiáng)度，即可直接計(jì)算出SO?的濃度。
庫(kù)侖滴定法：將燃燒氣體通入含有電解液的電解池。SO?與電解液中的碘(I?)或溴(Br?)發(fā)生反應(yīng)而被吸收。儀器通過(guò)電解自動(dòng)再生被消耗的碘或溴，維持其濃度恒定。根據(jù)電解過(guò)程所消耗的電量(庫(kù)侖數(shù))，依據(jù)法拉第電解定律，即可精確計(jì)算出SO?的量。
其他方法：如高溫燃燒-酸堿滴定法(艾士卡法為經(jīng)典化學(xué)法，雖非儀器主流，但仍是仲裁基準(zhǔn))等。
3.數(shù)據(jù)處理與結(jié)果輸出：儀器內(nèi)部的微處理器系統(tǒng)將檢測(cè)到的信號(hào)(紅外光強(qiáng)度變化、電解電量等)與預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)計(jì)算出煤樣中的硫質(zhì)量，并最終以質(zhì)量百分比(%)的形式顯示和打印出全硫含量(St,ad 或 St,d)。
三、與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的對(duì)比
| 方法 | 煤中硫含量測(cè)定儀 | 艾士卡法 | 高溫燃燒法 |
| 原理 | 庫(kù)侖滴定/紅外光譜 | 碳酸鈉熔融-碘滴定 | 高溫氧化-酸堿滴定 |
| 檢測(cè)限 | 0.01% | 0.02% | 0.05% |
| 檢測(cè)時(shí)間 | 1~5分鐘 | 2~3小時(shí) | 1~2小時(shí) |
| 樣品前處理 | 無(wú)需化學(xué)處理 | 需研磨、熔融 | 需干燥、篩分 |
| 成本 | 中等 | 低 | 中等 |
| 適用場(chǎng)景 | 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、痕量檢測(cè) | 實(shí)驗(yàn)室常規(guī)分析 | 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè) |
三、特點(diǎn)
1、機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)：儀器采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊、美觀大方。儀器內(nèi)部集成了溫度控制、樣品進(jìn)樣、樣品分解、電解、報(bào)警及打印等功能模塊，操作簡(jiǎn)便、效率高。
2、抗干擾能力強(qiáng)：儀器采用先進(jìn)的單片機(jī)電路，抗干擾能力強(qiáng)，不易受病毒破壞。同時(shí)，儀器具有高度的穩(wěn)定性，可確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
3、自動(dòng)化程度高：具有較高的自動(dòng)化程度。整個(gè)測(cè)試過(guò)程由計(jì)算機(jī)程序控制，自動(dòng)判定測(cè)試終點(diǎn)并打印測(cè)試結(jié)果。測(cè)試過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，大大降低了操作難度和人為誤差。
4、測(cè)定速度快：一般情況下，每個(gè)樣品的測(cè)試時(shí)間僅需5-6分鐘，大大提高了工作效率。
5、準(zhǔn)確性高：采用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)及多級(jí)校正技術(shù)，確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，儀器還具有高度的靈敏度，可檢測(cè)出煤炭樣品中極微量的硫元素。
四、使用方法
1、接通電源：首先，將煤中硫含量測(cè)定儀接通電源，并設(shè)置合適的溫度。儀器將自動(dòng)升溫到設(shè)定溫度處并恒溫。
2、加裝電解液：在試驗(yàn)之前，需要向電解池中加入適量的電解液。電解液的配制應(yīng)符合儀器的要求，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3、調(diào)試送樣機(jī)構(gòu)：在瓷舟上不放煤樣的情況下，按下“送樣”按鈕進(jìn)行送樣機(jī)構(gòu)的調(diào)試。此時(shí)，儀器將進(jìn)行送樣機(jī)構(gòu)的自檢，以確保其正常運(yùn)行。
4、稱取煤樣：在瓷舟上稱取適量的煤樣(一般為50.0毫克左右)，并在煤樣上覆蓋一層三氧化鎢。然后，將瓷舟放入石英舟上，并設(shè)置三位數(shù)的樣重。
5、開始測(cè)試：按下“開始”按鈕，儀器將自動(dòng)開始測(cè)試過(guò)程。在測(cè)試過(guò)程中，儀器將按照預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行樣品的進(jìn)樣、分解、電解等操作。測(cè)試完成后，儀器將自動(dòng)判斷測(cè)試終點(diǎn)并打印測(cè)試結(jié)果。
6、關(guān)閉儀器：測(cè)試完成后，需要按照操作指南的要求關(guān)閉儀器。首先關(guān)閉氣泵和攪拌器，然后關(guān)閉電源開關(guān)。如果儀器長(zhǎng)期不使用，建議放出電解液并用蒸餾水清洗電解池以保持其清潔和干燥。
五、維護(hù)與保養(yǎng)
1、定期清洗電解池：為了保持電解池的清潔和準(zhǔn)確性，需要定期清洗電解池。清洗時(shí)，應(yīng)將電解池取出并用蒸餾水沖洗干凈。清洗后應(yīng)晾干并放回原位。
2、檢查氣路和電路：定期檢查儀器的氣路和電路是否暢通和正常。如有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)維修或更換損壞的部件以確保儀器的正常運(yùn)行。
3、定期校準(zhǔn)儀器：為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)按照操作指南的要求進(jìn)行，并記錄校準(zhǔn)結(jié)果以供后續(xù)參考。
六、典型應(yīng)用場(chǎng)景
1. 發(fā)電廠
入廠煤質(zhì)檢：控制煤硫含量≤1.0%，避免脫硫系統(tǒng)超負(fù)荷；
入爐煤監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)調(diào)整燃燒參數(shù)，減少SO?排放波動(dòng)。
2. 鋼鐵廠
焦炭生產(chǎn)：
硫含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致生鐵含硫量超標(biāo)(<0.03%)，影響鋼材性能；
案例：某鋼廠采用庫(kù)侖滴定法測(cè)硫儀后，焦炭合格率從85%提升至98%。
3. 煉焦廠
原料煤篩選：確保配合煤硫分≤0.8%，避免焦油中硫含量過(guò)高(影響煤氣品質(zhì))。
