火電廠煤化驗室發熱量測定的質量控制

竇文婷(國神集團陜西德源府谷能源有限公司，陜西 榆林 719407)

1 恒溫式量熱儀的發熱量測定原理

目前狀況下，恒溫量熱儀是較常使用的發熱量測定儀器，其測定原理主要如下：稱取1.0±0.1 g稱準到0.000 2 g的0.2 mm空干基煤樣，煤樣稱取完成后將之放置于氧彈之中，并按照規定比例向其中充入氧氣。在這種情況之下，煤樣與氧氣接觸得以充分燃燒，煤樣燃燒產生的熱量促使量熱儀的計量體系升溫。需要注意的是，此時量熱體系與恒溫環境之間存在熱交換，針對這一情況應當依據牛頓冷卻定律對其進行一定程度地修正，由此可獲得煤樣發熱量的數據。需要說明的是，恒溫式量熱儀在整個熱量測定的過程之中外筒的溫度是保持恒定不變的，但是量熱儀內筒與外筒之間存在著一定的誤差，在誤差之下內外筒之間會發生熱交換，基于這一方面的考慮需要對其進行冷卻校正[1]。

2 恒溫式量熱儀的影響因素

(1)外筒溫度。對于恒溫式量熱儀而言，其內筒溫度與外筒溫度之間存在著一定的差異，在這一差異的影響下恒溫式量熱儀的內筒與外筒之間會發生熱交換。在實驗的過程中，熱交換的值會對冷卻校正造成直接影響，量熱儀外筒水溫的不穩定性進一步造成了冷卻校正值的不穩定。冷卻校正值是發熱量測定中的重要參數，它是對主期溫升的重要補充與調整，進而對實驗結果造成一定程度的影響。外筒水溫應該是多個不同位置溫度的函數，且具有一定的復雜性。因此要想確保恒溫式量熱儀測定發熱量的準確性，就必須保證量熱儀外筒溫度的穩定且均勻。

(2)內筒中的水量。在整個儀器的熱容量之中，恒溫式量熱儀的內筒水熱容量占有很大的比重。因為水的比熱較大，所以當量熱儀內筒中的水不確定時，量熱儀的熱容量也會隨之發生一定程度的變化，這種變化進而會導致測量誤差。根據相關研究顯示，如果恒溫式量熱儀內筒中水的質量發生了5 g的變化，則量熱儀的熱容量也會隨之發生一定程度的變化，經過測量確定其具體變化值為21 J/(kg·K)。基于這一點的考慮，在運用恒溫式量熱儀對發熱量進行測定的過程中，需要考慮內筒中水量的問題，應當運用稱量法對內筒中的水量進行量取，以此確保定量的一致性。

(3)熱容量。在對熱容量進行標定時，需要嚴格遵循行業相關規范標準，采用合格有效的苯甲酸來進行標定，操作過程中熱量的形成主要是通過添加硝酸的形式予以實現。需要說明的是，所使用的苯甲酸務必確保合格且有效，否則會造成一定程度的誤差。而如果在操作過程中沒有添加硝酸形成熱，會造成熱容量偏低的問題，進而致使所測定的結果相對偏低。

3 火電廠煤化實驗室測定過程質量控制

(1)測定方法。當前狀況下對于發熱量的測定，較常使用的測定方法主要有兩種，分別為恒溫式測定與絕熱式測定。相比于絕熱式測定方法，恒溫式測定方法在精密度與準確性方面表現更佳，滿足國標要求[2]。

(2)儀器設備。本文論述的煤化實驗室，所使用的測量儀器為SDC311各點等溫恒溫式量熱儀。這是一種新式量熱儀，與傳統量熱儀在一些方面存在著差異性。對于傳統量熱儀而言，它在點火之前吸熱主要是由內筒完成的：當對其點火之后，內筒的溫度會逐漸升高；當達到一定值且超過外筒溫度時，在熱傳遞的作用下內筒開始放熱。對于各點等溫恒溫式量熱儀而言，在整個實驗過程中，內筒始終處于吸熱狀態，單向的、穩定的內桶趨勢將獲得趨勢一致的冷卻校正C值，因此恒溫式量熱儀可以對因內外筒溫差所引起的熱交換進行準確而有效地校正。除此之外，當各點等溫恒溫室量熱儀的水箱水溫升高時，其外筒的恒溫點將發生一定程度的變化。不同于傳統量熱儀熱容量始終保持不變，各點等溫恒溫室量熱儀的熱容量是會發生動態變化的。經過實踐證明，各點等溫恒溫室量熱儀符合相關技術標準，能夠滿足發熱量測定的要求。

(3)粒度控制。對于煤炭而言，去化學組成具有不穩定，且粒度的組分也很不均勻，因此如果對煤樣的粒度進行科學有效地控制十分關鍵。當前狀況下我國的粒度標準為0.2 mm，因此為了確保能夠達到要求，在制樣時將煤樣磨細到0.149 mm之內較為適宜。需要說明的是，存在某些煤樣的哈氏可磨指數較大，難以將其有效磨碎，這樣一來會導致制樣的力度過粗。針對這種情況，可以運用瑪瑙研缽研細后再開展進一步測試。

(4)測定方式。為了對發熱量測定的準確性進行有效保證，需要做好兩個方面的工作：一方面保證所選的煤樣具有代表性。這就要求操作人員在正式稱樣之前對煤樣進行充分地搖勻處理，并在此基礎之上采用多點稱樣法對樣煤進行稱取。另一方面需要確保煤樣稱量的準確性。在正式測樣過程中煤樣質量只需1 g即可。相關操作人員在測樣之前應充分做好準備工作：首先需要保證天平的清潔性，并定期進行校準；其次在每次實驗之前需保證空氧彈內充足氣，同時需要注意將氧彈浸沒在水中保持一定時間，由此判定氧彈的密封性是否滿足測定要求。對不易完全燃燒的煤樣，一方面需要對煤樣的粒度進行一定程度的控制，使其保持在0.1 mm以內，另一方面還要通過使用一些淺底和壁要薄燃燒皿、在燃燒皿底部墊一層經800 ℃灼燒過的石棉絨、減少試樣量。同時對充氧壓力進行適當提高，或采用已知質量和熱值的標準煤樣均勻混合的方法對試樣測試結果的穩定性、可靠性與準確性進行有效地保證。

(5)定期標定。測量儀器是否精準有效會對發熱量的測試結果造成直接的影響。在實際的測量過程中，受到各種因素的影響，恒溫式量熱儀所測出的測定值與標準值之間存在著一定的系統誤差。針對這種情況，應定期對量熱儀器進行標定。對于量熱系統而言，其構成具有一定的復雜性，且不同構件有著差異性的吸熱能力，采用簡單的累計增加方法計算無法得到有效且準確的數據。針對這一情況，對量熱儀做出了一些調整，具體調整如下：首先更換了量熱儀的大部件、量熱溫度計；其次對標定熱容量與測定發熱量時內筒溫度相差5 K時重新標定，標定之后應當配套開展有效性檢驗工作。一般情況下每隔半個月對儀器進行檢查一次[3]。

4 火電廠煤化實驗室測定注意事項

(1)重復測定。對每一個煤樣的不同時間段做重復樣，一方面可以有效避免一些人為因素造成的測量誤差，例如：操作人員拿錯藥品、重復稱樣等；另一方面可以依據測定結果對相關儀器運行的穩定性與可靠性進行判定。在重復測定后，如果兩次的測定結果存在較大的差值，且這一差值已經超出了規定的標準，那么則認為這兩次測定均為無效結果，需要重新開展測定工作。對同一臺測量儀，如果在同一個批次中所測量的結果差值同樣超過了規定的標準，則這多次測定也被認為是無效的，需要對可能出現的原因進行分析，檢查儀器，反思操作過程，找出原因并有效糾正后再重新測定。

(2)有證煤標煤樣或監控樣。為了進一步保證測試結果的準確性與可靠性，在對待測樣進行分析之前，需要依據相關規定做1個中等發熱量的有證煤標煤樣或者監控樣。如果所制作的有證煤標煤樣或者監控樣的發熱量不正常，則認為本次試驗存在問題。針對這種情況應對試驗過程進行復盤分析，及時找出試驗過程中存在的問題或者不完善的地方，并進行綜合性考慮找出具體的原因，尋求解決辦法。只有保證標煤樣或者監控樣的發熱量在規定范圍之內，才能繼續開展試驗。除此之外，操作人員還需進行抽樣檢查，在試驗過程中隨機抽取一臺量熱儀進行檢查。如果抽查的量熱儀的測定異常，因及時找出原因并排出故障，對自上次檢查以來的所有煤樣進行重新測定。

(3)定期開展復檢工作。對于所有完成實驗的煤樣，應當繼續將其保存一段時間以便需要時進行備查。在開展復查工作的過程中，如果條件允許，盡量應安排與上次試驗不同的儀器設備與操作人員，這樣安排有利于發現問題。如果復檢與初檢的測試結果差值超出了允許偏差范圍，應當盡快找到原因，并及時解決。

(4)不同儀器檢驗。不同儀器檢驗是實驗室測定中的一項重要內容。以某一火電廠為例，其化驗室中存在有三臺型號一致的量熱儀，且每臺量熱儀均有三個筒，在開展試驗時互相不干擾。在試驗過程中，可以隨機抽取同一操作人員在同一個時間段內在不同操作儀器上操作的同一個煤樣的測定結果。如果三套量熱儀在任意九個筒之間的測定值重復性大于規定的標準，則需要及時找出原因并排出故障。通過這種方法可以檢驗出操作人員的作業水平與量熱儀運行是否穩定。

(5)變量控制。室內溫度與攪拌器攪拌速度等因素會對發熱量測定質量造成一定程度的影響，因此控制好變量也是保證測量準確度的重要措施。恒定的室溫可以保證量熱儀內外筒溫度的變化幅度控制在1 ℃以內。在對室溫控制時，一方面要充分參考熱容量標定時的溫度，另一方面還需要對內筒水溫進行適當調節，將內外筒溫差控制在1 ℃以下。值得一提的是，連續測試必然會導致外筒水溫與外部氣溫的變化，針對這種情況還需要對外界環境氣溫進行一定的結合與參考，并做出適當調節。在實際操作過程中，攪拌器攪拌不均勻經常會導致發熱量測定誤差較大的情況。如果在重復計算發熱量、熱容量時發現存在較大的誤差時，則可以考慮是否為攪拌器方面的問題，可能是攪拌機攪拌速度不均勻所導致的。

5 結語

總而言之，煤中發熱量的測定具有一定難度，測量結果會受到各個方面因素的影響，很有可能會產生誤差。針對這種情況，首先需要選擇對周圍環境、相關儀器設備進行檢查。同時進一步規范操作人員的操作規范，把各種影響因素有效控制住，保證測定數據的準確性、穩定性與可靠性。