恒溫式熱量計測定煤炭發熱量的探討

張利萍

（內蒙古自治區石油化工監督檢驗研究院，內蒙古呼和浩特 010010）

恒溫式熱量計測定煤炭發熱量的探討

張利萍

（內蒙古自治區石油化工監督檢驗研究院，內蒙古呼和浩特 010010）

煤炭發熱量可以評價燃料煤品質，同時也是煤炭計價的主要依據。發熱量測定的過程比較復雜，影響因素也相對較多，采用美國PARR6300全自動氧彈量熱儀測定煤炭發熱量，針對工作原理、影響因素及解決措施進行探討，為提高煤炭發熱量測定準確度提供技術經驗支持。

恒溫式熱量計；發熱量；影響因素

1 工作原理

1.1 高位發熱量

煤的發熱量一般用氧彈熱量計測定[1]，將煤炭分析試樣放在在氧彈熱量計中，在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，根據試樣燃燒前后量熱系統產生的溫升，并對點火熱等附加熱進行校正后即可求得試樣的彈筒發熱量。熱量計的熱容量通過在相近條件下燃燒一定量的基準量熱物苯甲酸來確定。最后從彈筒發熱量中扣除硝酸形成熱和硫酸校正熱。

1.2 低位發熱量

煤的低位發熱量可以通過煤的高位發熱量計算。計算恒容低位發熱量時需要煤樣中水分含量和氫的含量。而計算恒壓低位發熱量時還需提供煤樣中氧和氮的含量。

1.3 儀器設備

發熱量測定的熱量計是由燃燒氧彈、水、外筒、內筒、攪拌器、溫度傳感器、試樣點火裝置、溫度測量以及控制系統組成。通常熱量計有恒溫式和絕熱式兩種類型。

本文采用美國PARR6300全自動氧彈量熱儀，為恒溫式量熱儀。其具體工作原理[2]為熱值計的氧彈和外桶是固定的，將氧彈彈頭鎖定在外桶內部，關閉量熱計機蓋，氧彈自動充氧，外桶自動注水，形成初始熱平衡狀態，樣品自動點火后，熱值計自動記錄溫度變化并實時顯示在屏幕上，測量完成后，自動排放廢氣、系統冷卻、排水、清洗氧彈。

2 影響因素及解決措施

以下主要探討美國PARR6300型全自動氧彈量熱儀在樣品檢測過程中的影響因素及對應解決措施。

2.1 煤樣制備過程

煤屬于不均勻物質[3]，如果用于分析的煤炭試樣混合不均勻，會影響到發熱量的測試結果；對于矸石量較高的煤和揮發分高而且燃燒中易飛濺的試樣，若不經過處理，會使燃燒不夠完全。

分析用煤炭試樣一般是指粒度小于0.2mm，達到空干基狀態的煤樣，對于劣質的煤炭，分析試樣粒度不應大于0.1mm。煤樣粒度如果過粗，超過60目，會使煤樣混合不均勻，分析不具有代表性，影響發熱量結果；如果煤樣未達到空氣干燥狀態，煤樣在稱量過程中就會吸水或蒸發水分，影響發熱量測定結果。

遇到難燃煤（高灰分低熱值煤）時，應加入助燃劑（如苯甲酸、礦物油）后再做燃燒試驗；但是應在測定前手動輸入助燃劑熱值和質量，用于扣除助燃劑燃燒熱。

煤炭試樣燃燒所釋放的熱量不能超過33.5kJ，一般情況下稱樣量不能超過1.1g，當測試不了解的煤炭試樣時，樣品質量不能超過0.7g。如果試樣含有硫，那么應該保證硫含量不超過50 mg，如果試樣含有硫氯，那么應該保證氯含量不超過100 mg。

2.2 環境溫度

發熱量測定過程中，環境也往往會影響到檢測值的正確性的。國標[1]要求用于發熱量測定的實驗室，首先應為獨立房間，同一房間內不能同時進行其他試驗項目，而且進行測定時，室溫應保持相對穩定，單次測定時室溫變化不能超過1℃，室溫在（15～30℃）范圍為宜，最大相對濕度為80%，無冷凝，測定時室內不允許有強烈對流，因此室內不能放置強烈的冷源、熱源和風扇等，測試過程應避免開啟門窗，實驗室應該避免陽光照射。

2.3 熱容量標定不準確常會帶來系統誤差

在熱容量標定過程中，有時會出現苯甲酸燃燒不完全而導致實驗失敗的現象，即在測定完成后，打開氧彈蓋，發現坩堝內有黑色痕跡，或是一層灰色物質。遇到這種情況，主要有兩個原因：①檢查氧氣調壓閥出口壓力是否為3MPa；②檢查苯甲酸片是否有裂紋，苯甲酸壓的不緊或者有裂紋都會使苯甲酸在點燃時發生崩裂而造成燃燒不完全。

2.4 量熱儀操作及維護保養過程

氧氣調壓閥出口壓力應設為3MPa，最高不可超過4MPa，如發現氧氣存在漏氣或者分壓表壓力過高則不能進行點火，應立即停止測試，排除故障后方可進行測試。

禁止在測試過程中打開熱量計蓋子。聽到點火提示聲音后半分鐘內應適當遠離熱值儀。

儀器維護保養要求完成100次測量后，需要更換點火絲，完成500次測量后，更換密封圈，完成5 000次測量后，將氧彈返廠做安全測試。日常使用過程中，定期檢查水循環系統，水循環器水量應低于水箱側面水管3cm左右。每次測試開始前應使用去離子水或純凈水潤濕彈頭與彈體之間的密封圈，以保證密封性能良好，完成測試后沖洗彈筒、清理彈頭、倒掉污水。

3 結論

綜上所述，在用自動量熱儀測定發熱量的過程中要嚴格按照國標執行，如果操作不當便會增大測定誤差，所以在樣品制備、儀器使用、維護、保養等環節要嚴格規范操作，才能達到標準對精密度的要求，保證檢測數據的可靠性和準確性。

[1] GB/T 213-2008.煤的發熱量測定方法[S]，2009.

[2] 胡建軍，李洪.美國PARR6300熱值儀在能源植物熱值測定中的應用[J]，林業實用技術，2009，（4）：13-14.

[3] 陶麗，張琦.影響煤質發熱量測定的因素及其應對措施分析[J]，中國高新技術企業，2015，（12）：155-157.

[4] 郭燕青.恒溫式熱量計測定煤發熱量準確度的探討[J]，山西冶金，2007，（1）：15-16.

[5] 周仲康，潘娟琴，都學軍.國產熱量計測定煤發熱量存在問題分析[J].煤質技術，2005，（4）：51-54.

Discussion on the Determination of Calorific Value of Coal by Constant Temperature Calorimeter

Zhang Li-ping

The calorific value of coal can be used to evaluate the quality of fuel coal.The process of determination of calorific value is more complex，the influence factors are relatively large，the determination of calorific value of coal by PARR6300 automatic oxygen bomb calorimeter，it discusses the working principle，influence factors and measures，in order to improve the accuracy of determination of calorific value of coal to provide technical support experience.

constant temperature calorimeter；calorific value；influencing factors

TH81

A

1003-6490（2017）01-0145-02

2017-01-08

張利萍（1987—），女，內蒙古通遼人，工程師，主要研究方向為化學。