【小说连载】《神奇的煤炭》——神奇的煤炭之“水”
2019/5/25 20:00:29熊志建 中国科学院北京分院

    

    

     (上接“煤炭是怎样炼成的”)

     艾科学听了刘国栋的话,有些不好意思地说道:“爷爷,您说得对,我是有些太着急想知道答案了。“

     刘国栋看着她懂事的模样,笑道:“好,既然你已经知道自己错了,那就还是好孩子。知错能改,善莫大焉。下面我们就来讲讲该怎么判断一块煤炭究竟是属于褐煤,还是烟煤,抑或是无烟煤。”

     “要想回答这个问题,我还要先给你讲一个概念,这个概念是什么呢?”刘国栋边说着,一边打开了自己桌上的笔记本电脑,两人正前方的投影仪已经开始工作了。很快,白色的幕布上显示出了一行黑体大字:煤炭的工业分析。

     “煤炭的工业分析?爷爷,您是说要想准确区分煤炭的种类,需要进行煤炭的工业分析吗?”艾科学问道。

     刘国栋微笑着说道:“是啊,小可,只有进行了认真细致的工业分析,了解了相关的指标数值,才能准确地辨别出每一块煤炭究竟属于什么煤种。”停顿了一下,他又继续说道:“打个比方来说,煤炭的工业分析就像孙悟空的火眼金晴一样,有了它,煤炭所属的种类就无所遁形了。”

     听到刘国栋这么讲,艾科学这次没有出声再催促他,毕竟她刚才可是受了刘国栋委婉地批评。不过,到底还是孩子心性,虽然言语上没有催促,但神色间,艾科学还是有些急不可耐的样子。

     刘国栋心里不免一阵好笑,不过却没有再次点破。

     “煤炭的工业分析一般可以分为狭义和广义的两种。通常我们只进行煤的水分、灰分、挥发分和固定碳四个分析项目,这就是狭义上的煤炭的工业分析。如果我们在此基础上,再进行煤炭中全硫分和发热量的分析测定,那么这就是广义上的煤炭的工业分析,有时候我们在学术上,也叫煤炭的全工业分析。”刘国栋一边轻声讲解,一边操作着电脑上的幻灯片。

     “嗯,首先我们讲一下煤炭的水分这个指标”,刘国栋看着艾科学,询问道:“小可,你对水的了解有多少?”

     艾科学没有想到刘国栋会这样问她,歪着自己的小脑袋,不假思索地说道:“水,我太熟悉了,口渴的时候,它可以解渴。我出去玩回来,妈妈还可以用它来给我洗澡,嗯,它还可以洗衣服。对了,做饭的时候我们也需要它,打扫卫生的时候我们也离不开它。还有,我看雾霾严重的时候,叔叔们也用它除尘增湿......”

     “看来,你还是很了解水嘛。正如你谈到的那样,水的用处非常大。不过,今天我们重点不是研究水,所以你能说出这么多水的用途足够了",刘国栋看着艾科学,继续说道:“其实,对于煤炭的工业分析而言,水分指标是其中一个最基本的指标。刚才你谈到的都是水的正面作用,当然,我们要想利用好煤炭,它自身蕴含的水分也会发挥正面的作用,但是,任何事物都需要辩证地去看,煤炭中的水分多了,有些时候,还真不是件好事!”

     听到刘国栋这么说,艾科学不由瞪大了自己的眼睛,问道:“爷爷,这又是为什么呢?难道说,这就像夏天下雨一样,小雨可以浇灌小草,而大雨却会造成洪涝灾害吗?”

     刘国栋听到艾科学这么说,也是一愣,心里想到,这是哪儿跟哪儿啊,不过,再细细一琢磨,好像也有点歪理。他不由指着艾科学的脑袋说道:“你这个小机灵,虽然比喻不一定完全恰当,但道理上似乎也有那么一些相通之处。”

     艾科学吐了吐舌头,不敢再胡乱猜测,静静地听刘国栋继续讲解。

     “我们在使用煤炭时,煤炭中的水分,会参与到相关的过程中一一这个我们以后会慢慢讲到。现在,我们只是从工业分析的角度来说明为什么煤中的水分太多了,反而不好。其实,这个问题也很好理解,如果一块煤的水分增加了,在总质量不变的前提下,那么,自然而然地,它其中的有用成分就会相对减少。与此同时,煤炭中的水分在燃烧时,会发生一系列复杂的物理和化学变化,这些水分会从液态变成气态,而这一过程又需要消耗一定的热量,这也间接地降低了煤炭的发热量——这就涉及了煤炭的全工业分析,这个我们也在后面讲。”刘国栋一面讲解着,一面又翻了一页幻灯片。

     “同样,煤炭中的水分增加了,如果这些煤炭是运输到远方再使用,这也会增加运输成本。要是运到偏远的寒冷地区,特别是在冬季,就经常会发生冻车事故,煤炭冻结在运输车辆上,不能及时彻底地卸除,这既影响煤炭用户的正常使用,也会影响运力的重新释放和调度,造成一定程度的不利影响。”刘国栋说道。

     “那我们不能把它去除掉吗?”艾科学顺着刘国栋的思路问道。

     刘国栋心里不由一赞,看来,艾科学是听进去了。“嗯,小可,你说到问题的关键点上了。确实,对于有些煤炭,主要是褐煤——这个煤种含有的水分在所有的煤种里是最多的,它的使用就存在一个如何将其中蕴含的过多的水分脱除的问题。”

     “不过,要想脱除掉这些我们不喜欢的水分,还需要对煤炭中的水分再做一个相对细致的了解和说明。”刘国栋又翻了一页幻灯片。顺着他移动的激光笔,艾科学注意到了这么几行字:煤炭中的水分按存在形态的差异可以分为两大类,即游离水和化合水(也叫结晶水)。其中,煤炭中的游离水又可以进一步细分为外在水分和内在水分两类。

     看着艾科学看完了幻灯片上的文字,刘国栋继续讲解道:“所谓的游离水,主要是指这些水分是以一种物理状态存在的,一般吸附或凝聚在煤炭颗粒内部毛细管、颗粒表面和表面空隙大一些的毛细管中。通常会随着外界温度的升高而自然蒸发掉一部分水分;而化合水则已经同煤中的矿物质结合了,除非经过一定的温度,一般在100多摄氏度以上,才能分解蒸发出来。”顿了顿,刘国栋又继续说道:“鉴于这两种水分的差异,我们在进行煤炭的工业分析时,一般只进行游离水指标的测定,通常不测结晶水。”

     艾科学点点头,在自己的小本子上记了一些内容之后,对刘国栋说道:“爷爷,我清楚了您说的这个水分的指标,那么,您刚才也讲到了,狭义的煤炭工业分析还包括灰分、挥发分和固定碳,这三个指标又是什么呢?您能不能给我也讲一讲?”

     看着艾科学这么好学,刘国栋也非常欣慰,哈哈大笑道:“好啊,小可,爷爷正准备给你继续讲解呢。不过,在讲解之前,你是不是要休息一下?”

     艾科学心里的好奇心早已被勾了起来,不过,想到老师在学校教育的那样,作为一个小学生,除了要学习好,身体也要好,要做到德智体美劳全面发展。想到这里,尽管心里有些不愿被打断,但还是站了起来,说道:“好啊,爷爷,那我们就休息一会儿。列宁爷爷曾经说过:‘不会休息的人,就不会工作!’”

     刘国栋听到艾科学这么说,不由地笑了,这小鬼,休息一下,也要找出这么一个道理来。

     (待续)

    

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     《神奇的煤炭—科学好好玩》

     本书借由小主角艾科学的视角,从当前社会关注的雾霾热点出发,展开故事长卷,在叙述中将科普工作的理念潜移默化地贯穿于全文中。本书着重围绕如何科学的认识煤炭来进行故事创作,以一种易被接受的方式,进行煤炭知识的科学普及。作者在创作中融入了科技、文学、童话、幻想等元素,目的是希望全社会能真正重视科学普及,共同做好科普工作。

     作者简介

    

     熊志建,男,汉族,中国科学院山西煤炭化学研究所所长助理、高级工程师、硕士生导师,拥有国家咨询(投资)工程师、全国投资建设项目管理师、注册安全工程师等资质。主要从事有关能源、化工(特别是煤化工)、环境等领域中的过程优化、系统集成、战略研究、项目咨询、科学传播等工作。先后主持、承担或参与国家、中科院、山西省以及地方政府各类课题60余项。作者具有深厚的文学功底,又在相关科研领域工作多年,具备了将复杂科学知识通俗化的潜质,现在研究所分管包括科学普及在内的科学传播等工作。

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