影響煤質發熱量測定的因素及其應對措施分析

陶麗　張琦

摘要：文章通過了解熱量計的結構、工作流程及測定原理，從影響發熱量測定的因素如測量設備、人員操作、一般分析煤樣及數據處理等方面進行分析。經過采取合理有效的措施，保證入廠煤發熱量測定結果準確可靠。

關鍵詞：商品煤；煤質量評價；發熱量測定；熱量計；煤質計價 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ533 文章編號：1009-2374（2015）12-0155-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.077

1 概述

發熱量是商品煤煤質量評價的主要指標，是電廠煤質計價的依據，也是發電煤耗的計算根據，是電廠經濟指標的主要參數。河津發電分公司裝機容量為130MW，年用煤量超過400萬噸，如果在入廠煤的驗收中，發熱量測定結果偏高50～100J/g，每年的經濟損失可達到400萬元到800萬元。因此，電廠入廠煤質驗收中，煤的發熱量檢驗就顯得尤為重要，認真分析影響煤質發熱量的測定因素并采取相應措施，才可以使測定結果準確

可靠。

2 恒溫式自動熱量計的結構及工作流程

河津發電分公司入廠煤驗收中使用的是恒溫式自動熱量計。該設備的工作流程：將裝好煤樣并充有過量氧氣的氧彈放置在熱量計的內筒并蓋好蓋子，磁力泵從備用水箱中抽水裝滿定量容器，定量后的水進入內筒，攪拌器可以使內筒水溫保持均勻。煤樣在點火燃燒后放出熱量，通過氧彈傳遞到內筒水中，根據點火前后內筒水溫的升高及熱量計的熱容量，計算出煤的發熱量。試驗結束后內筒水返回到備用水箱，一次試驗完成。

3 發熱量測定原理

發熱量測定原理是：稱取一定量的標準量熱物質苯甲酸至于氧彈中，氧彈充以一定壓力的氧氣，苯甲酸在氧彈內完全燃燒，所釋放的熱量使得熱量計量熱體系溫度升高。量熱體系包括內筒及水，浸沒于水中的氧彈、攪拌器、溫度計等部分。根據牛頓冷卻定律，將燃燒過程中量熱系統與恒溫環境之間的熱交換進行修正，就可以計算出熱量計的熱容量E。即量熱體系升高1℃所吸收的熱量，單位J/g。

E=（QM+q1+qn）/[（Tn-To）+C]

式中：

Q——標準苯甲酸的熱值J/g

M——標準苯甲酸的質量g

Tn——量熱體系的終點溫度℃

To——量熱體系的起點溫度℃

C——冷卻校正值，℃

q1——點火熱，J

qn——其他附加熱，J

4 影響發熱量測定因素分析及處理措施

4.1 儀器對發熱量影響及處理措施

4.1.1 內筒水量對發熱量影響。國標規定：內筒水量在所有試驗中保持相同，相差不超過0.5g。量熱儀的內筒水量是通過定量容器進行計量，這種方式相對來說體積基本恒定。由于試驗過程中內筒水吸收燃料燃燒釋放的熱量，試驗結束后內筒水返回到備用水箱，隨著試驗次數的增加，備用水箱水溫也會增加，備用水箱水量是內筒水水量的20倍，連續10個試驗，備用水箱水溫就會升高1℃。由于環境溫度和試樣放出熱量使水溫升高而影響內筒水量的變化，從而影響煤的發熱量結果。

處理措施：在熱量計室通過暖氣和空調調節室內溫度保持在23℃～25℃范圍，并根據季節和溫度變化，通過熱容量的標定來減少對煤的發熱量影響；在試驗過程中，做完一次測試后，應將儀器蓋子打開，停放5分鐘左右，再開始進行第二次試驗；連續做5個煤樣后，應將儀器散熱半個小時，重新開始試驗，避免由于內筒水溫升高影響內筒水量。

4.1.2 溫度計對發熱量影響。根據發熱量測定原理可知，測準發熱量的關鍵在于測準內筒的溫升。熱量計配用的鉑電阻溫度計，其技術要求是能測準到1/100℃，估讀到1/1000℃。這種溫度計存在著電阻與溫度的線性關系和平均分度值問題和老化的問題。

處理措施：應選用精準度和靈敏度高的溫度計，定期對溫度計進行校驗，杜絕使用不合格的溫度計。

4.1.3 熱量計測試時間對發熱量影響。恒溫式熱量計在測定發熱量過程中，它的內外筒之間始終存在熱交換，冷卻校正值就是為了校正熱交換。冷卻校正公式如下：

C=nV0+（Vn-V0）/（Tn-T0）×[∑ln-1Ti+（T0+Tn）/2-nT0]

式中：

C——冷卻校正值，單位為開爾文（K）

n——由點火到終點的時間，單位為分（min）

V0——點火時內外筒溫差的內筒降溫速度，單位為開爾文每分（K/min）

Vn——終點時內外筒溫差的內筒降溫速度，單位為開爾文每分（K/min）

T0——點火時內筒溫度，單位開爾文（K）

Tn——終點時內筒溫度，單位開爾文（K）

Ti——主期內第i分鐘時的內筒溫度

由于溫度和時間在發熱量測試過程中儀器可以準確進行讀數，所以冷卻校正值很大程度上是與點火前內筒降溫速度和終點后內筒降溫速度有關，準確測定這兩個數值，就需要熱量計延長實驗初期和末期的測試時間。現在很多設備廠家為了縮短實驗周期，在設計中縮短了初期時間和去掉了末期試驗過程，采用經驗數值，這樣就降低了發熱量測試的精準度。

處理措施：在選用設備時，要注意冷卻校正公式數值的采集方式，一個煤樣發熱量的測試時間應控制在20分鐘以上。

4.2 人員操作對發熱量影響及處理措施

4.2.1 天平稱量對發熱量影響。不論是熱容量標定或煤樣的發熱量測試，都需要準確的物質重量，如果一個電子天平在對1g重的物質實際稱量結果為0.9975g，在熱容量測試過程中，熱容量結果就會平均降低25J/K。對于25MJ/kg的煤樣，在發熱量測試過程中，發熱量就會升高60J/g。

處理措施：天平使用前要預熱半個小時，稱量時要校準，使用中要清掃、及時歸零，讀數時要關閉天平門并要等到數值穩定；對于使用年限較長的天平，要經常用1g的砝碼進行稱量鑒定，誤差盡可能不超過0.5mg。

4.2.2 熱容量對發熱量影響。如果熱容量標定不準確，發熱量測試計算結果就會系統偏高或偏低，造成系統誤差。

處理措施：在標定儀器熱容量時，選用二級及以上的苯甲酸標準物質，使用前應進行干燥，準確稱量，嚴格控制操作過程，每次充氧壓力和充氧時間要相同，熱容量標定結果的相對標準偏差控制在0.1%以內。

4.2.3 氧彈操作不當對發熱量影響及處理措施。氧彈漏氣會使發熱量測試結果偏低，氧彈內電極上的防火罩距離煤樣坩堝太近，會造成燃燒不充分；氧彈內清洗后未擦拭干凈和氧彈外部有水時，會使煤樣測試結果偏低；氧彈內加10mL水不準確，會影響發熱量結果；氧彈充氧壓力和充氧時間不正確會影響結果。

處理措施：氧彈內電極上的防火罩距離坩堝應在7.5cm左右，氧彈清洗后應將內部擦拭干凈不留水，用10mL的移液管準確加入蒸餾水；氧彈充氧壓力應2.9MPa，充氧時間為30s。

4.2.4 坩堝對發熱量影響。發熱量坩堝的形狀和壁的薄厚會影響發熱量測試結果，坩堝內部成90°或坩堝壁太厚，在燃燒試驗中會發生煤樣不能完全燃燒；坩堝材質選擇不當，在試驗過程中會發生坩堝燃燒融化。坩堝長時間使用后變薄，在試驗過程中會發生熱效應變形；坩堝內清潔程度會影響發熱量。

處理措施：購買坩堝時選擇壁薄、內部呈弧形的坩堝；坩堝材質在煤樣測試過程中不發生融化；長時間使用的坩堝要定期進行淘汰，不能使用變形的坩堝。使用坩堝前應將坩堝清潔干凈。

4.2.5 煤樣處理對發熱量影響。煤屬于不均勻性物料，在稱樣前煤樣攪拌不均勻，會影響發熱量的測試結果；對于矸石量較高的不易燃燒的煤和揮發分高燃燒中易飛濺的煤，如果不經過處理直接燃燒試驗，會造成燃燒不完全。

處理措施：煤樣在稱樣前，應對煤樣進行充分混合，并進行多點取樣，以增加煤樣的代表性；對于矸石量較高的不易燃燒的煤，應在坩堝底部墊一層經過灼燒過的石棉絨或用擦鏡紙抱緊煤樣進行試驗，用擦鏡紙包裹的煤樣，測試結果應減去擦鏡紙的熱值；對于高揮發分的燃煤，在試驗中應進行壓餅處理或用擦鏡紙抱緊煤樣進行試驗，在壓餅處理時，注意煤樣的污染問題，在用擦鏡紙包裹煤樣結果計算時應減去擦鏡紙的熱值。

4.3 煤樣對發熱量影響及處理措施分析

分析煤樣一般是指粒度小于0.2mm，達到空氣干燥狀態的煤樣，對于劣質煤，分析煤樣粒度應小于0.1mm。煤樣粒度過粗，煤樣在攪拌過程中不能充分混合均勻，使稱量取樣時代表性變差，影響發熱量結果；煤樣未達到空氣干燥狀態即干燥過度或煤樣水分與空氣濕度溫達到平衡，煤樣在稱量過程中就會吸收空氣中的水分或將煤樣中的水分蒸發出來，造成稱量結果不準確，影響發熱量結果。

處理措施：購買符合國家標準的0.2mm煤樣篩，分析煤樣在制樣過程中要全部通過0.2mm的篩子，對于劣質煤，要將煤樣制備到0.1mm。煤樣在烘箱中進行干燥后，要在空氣中放置至少半個小時，以達到與空氣濕度平衡后再裝瓶。進入實驗室的煤樣，化驗人員每天進行粒度抽檢檢驗，監督制樣人員做好制樣工作。

5 結語

第一，熱量計在購買時，要對設備的工作原理、溫度計精準度、冷卻校正值使用公式等進行了解和熟悉，技術性能應符合GB/T213-2008煤的發熱量測定方法的技術要求，在使用時根據設備構造合理安排試驗操作方法，盡可能提高儀器的精確度和準確度。

第二，在試驗過程中，要提高化驗人員對天平使用狀況的分析判斷，提高稱量的準確性；加強熱量計熱容量的標定工作；熟練掌握氧彈的操作過程；正確選擇發熱量坩堝；合理使用石棉絨和擦鏡紙。

第三，加強制樣過程中煤樣的粒度分析監督機制，分析煤樣一定要達到空氣濕度平衡，這是煤樣發熱量測試準確的前提。

參考文獻

[1] 山東發電用煤質量監督檢驗中心.電力用煤標準匯編[M].北京：中國標準出版社，2012.

[2] 方文沐，杜惠敏，李天榮.燃料分析技術問答[M].北京：中國電力出版社，2014.

作者簡介：陶麗（1978-），女，山西永濟人，山西河津發電分公司工程師；張琦（1977-），男，山西永濟人，山西大同煤礦集團有限責任公司高級工程師。

（責任編輯：陳 倩）