碳氫元素測定裝置升級改造路徑探討

江寧川 楊 佳 王振國 韓瑞國

（天津市計量監督檢測科學研究院 天津 300192）

碳氫元素測定裝置升級改造路徑探討

江寧川 楊 佳 王振國 韓瑞國

（天津市計量監督檢測科學研究院 天津 300192）

碳、氫、氮作為煤中占比高、作用大的三種元素，對于煤質分析、煤樣化驗及排放控制等工作都具有較重要的意義。本文從采用紅外－熱導聯合法的碳氫元素測定裝置的結構和原理出發，提出了將其升級改造為元素分析儀的方法路徑。通過在硬件和軟件上升級改造該設備，可以取得較好的經濟效益和社會效益。

元素分析儀；碳氫元素測定；紅外－熱導聯合法

引言

煤中的碳和氫是產生熱量的主要來源，其含量決定了發熱量的大小；煤中氮是無用成分，在燃燒時大部分呈游離狀態隨煙氣逸出，其中部分轉變成氮氧化物，增加了環境污染。[1]因此，隨著環境污染問題日益嚴峻、大氣治理任務日趨緊迫，煤中氮含量的測定對于控制煤炭燃燒和環境污染都具有十分重要的意義。

我單位于多年前購置的紅外碳氫測定儀，型號為5E-CH2021，由于其缺少氮元素檢驗模塊，無法進行氮元素分析，無法滿足客戶檢驗及主管部門監督抽查需求的同時，也極大的制約了我室的發展。重新購買元素分析儀需要大量資金，并浪費既有資源。最好的方法是在原有儀器基礎上進行改裝，從硬件和軟件兩方面下手，通過在儀器內部增加氮元素檢驗模塊并更新軟件，將設備功能完善，升級為元素分析儀。

1 現有裝置

近年來，相較于經典方法，紅外－熱導聯合法由于其更快的測定周期、更理想的準確度，展現了良好地應用前景。紅外－熱導聯合法測定煤中碳氫氮含量原理如圖1。煤樣在氧氣流中充分燃燒，煤中碳全部轉化為二氧化碳,氫全部轉化為水，氮轉化為氮氧化物及少量氮氣的混合物。上述產物與少量其它產物混合后，通過凈化試劑去除其中的雜質，存入混氣罐。[2]經充分混勻后，混氣罐將氣體分別送入H2O紅外池、CO2紅外池以及還原爐。進入兩個紅外池的產物分別通過紅外法測定出煤中的碳、氫含量，而進入還原爐的氣體在載氣氦氣的攜帶下去除氧氣，并將其中的氮氧化物還原為氮氣，再經過凈化后進入熱導池，并通過熱導法測定。

圖1 紅外－熱導聯合法測定煤中碳氫氮含量原理示意圖

如圖1所示，紅虛線框以內為需新增加的熱導法測定氮含量的原理示意，紅虛線框以外為現有的紅外法測定碳、氫含量的原理示意。

2 改造路徑

2.1 硬件部分

鑒于現有設備預見性的預留了硬件空位，作為升級改造的基礎部分，硬件改造可以更順利的開展。需要新增或調整的內容有：調整混氣罐出口結構，增加用于氮氣檢測的氣路；新增氦氣氣瓶及相應氣路，通向混氣罐出口新增氣路，作為載氣；新增氣體二分器，一部分通向還原爐，一部分通向熱導池；增加還原爐、凈化管和熱導池，用于氮氧化物還原反應、反應后凈化及氮氣含量檢測；增加必要的氣閥，調整原有控制單元，在充分利用預留接口的基礎上調整電路板結構，如現有輸入輸出接口無法滿足要求，則新增相應的控制電路板。2.2軟件部分

軟件部分的調整可以結合硬件同步進行，需要新增或調整的內容有：新增氮氣檢測模塊，調整系統上電自檢測模塊，調整輸入、輸出模塊及相應的數據采集、數據處理等模塊，調整控制模塊，調整上位機通訊模塊以及其他功能模塊。

2.3 設備調試

在硬件和軟件均調整完成后，開展設備調試。應根據同類產品要求，嚴格編制調試計劃和方案，逐條逐步開展，大致應包括以下內容：硬件部分調試（氣路、氣閥氣密性測試、各反應池反應測試及溫度測試、輸入輸出接口調試）、軟件部分調試（系統自檢、新增接口控制、氣閥控制、反應過程控制、通訊調試）以及系統聯調聯試。之后應根據通用技術要求，參考同類儀器設備已發布的校準規范，對升級改造后的儀器設備開展檢定校準工作，從控溫性能和測量性能兩個大方面開展考核。在生產廠家的配合下，精心細致，仔細摸排，嚴格考核儀器設備計量性能的穩定性和精密性，并輔以大量實驗數據的支撐，完善設備狀態。

結語

紅外法和熱導法是目前應用廣泛的較為先進的定量檢測技術，將其聯合應用引入煤質檢測，對煤質檢測技術水平的提升有較大的意義。[3]本文提出的對原有碳氫元素測定裝置進行升級改造的方法路徑，有效利用了現有設備，盡可能的節約了成本，并有望取得較好的經濟效益和社會效益。

[1]馬輝平,袁滿.煤中碳、氫和氮含量測定的操作要點[J].煤炭加工與綜合利用,2015（7）:73-74.

[2]李婷,徐開群.紅外-熱導聯合法測定煤中碳氫氮含量的原理解析[J].煤質技術,2012（1）:25-28.

[3]俎愛忠,劉媛.煤中碳氫氮測定方法的對比[J].計量與測試技術,2017（4）:70-72.