淺析煤炭發熱量準確測定的常見因素分析
——以水鋼為例

任明香 吳梅

（首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司，貴州 六盤水 553000）

一、煤的發熱量定義及發熱量數學模型

煤炭發熱量是指單位質量的煤完全燃燒時所發出的熱量。目前水鋼發熱量的測定采用自動量熱儀，采用氧彈量熱法。測定工作原理：稱取一定量的煤試樣于氧彈熱量計中，在充有過量的氧氣中燃燒，放出的熱量被一定量的水吸收，根據水溫的升高來計算煤樣的發熱量。工業燃燒設備中煤炭發熱量常用的收到基低位發熱量,數學模型：Qnet,ar=(Qgr,ad-206Had)*-23Mt..............(1)

式中：Qnet,ar—收到基煤的低位發熱量(J/g);Mt—煤的全水分(%);Mad—煤的空氣干燥基水分（%）；Had—煤的空氣干燥基氫值(%);Qgr,ad—空氣干燥基高位發熱量(J/g);206—煤中每1%氫的氣化熱校正值(J/g)；23—煤中每1%水分氣化熱校正值(J/g)。

干燥基高位發熱量數學模型:

Qgr,d=Qbad-(94.15*Sbad+a*Qbad)*..............(2)

式中：Qgr,d—干燥基煤的高位發熱量(J/g);Qbad—煤的彈筒發熱量(J/g);Sbad—由彈筒洗液測得的煤的含硫量（%）;Mad—煤分析基水分（%）;94.15—煤中每1%硫對熱值的校正值（J/g）;a—硝酸校正系數。由數學模型可知，彈筒發熱量換算到高位發熱量，若設定全硫值不變，彈筒發熱量Qbad 計算干燥基高位發熱量時，水分Mad 對計算值有影響。

由高位發熱量換算到低位發熱量。收到基低位發熱量主要涉及干基氫值和水分，煤中的氫值主要受煤種的影響，對同類煤而言，氫值(Had)的變化不大。若設定氫值不變，Mad(煤空干基水分)及(Mt 煤全水分)，即煤的水分對煤的發熱量影響大。

二、煤中水分測定對發熱量影響分析

全水分(Mt)，是煤中所有內在水分和外在水分的總和。空氣干燥基水分(Mad)，指煤炭在空氣干燥狀態下所含的水分。也可以認為是內在水分。煤中水分是煤進化程度的考量指標。根據其結構狀態又可分為內在水分和外在水分兩種，吸附和凝聚在煤粒內部毛細孔中的水稱為內在水分，附著在煤粒表面上的水稱為外在水分。日常所說的煤的水分是指在環境溫度和濕度下，煤與大氣達到接近平衡時所失的那部分水(外在水)和留下來的內在水分。

外在水分通常在45℃～50℃的溫度下經過一定時間后即能蒸發掉，內在水分比外在水分較難蒸發，要在105℃～110℃的溫度下經過一定時間后才能蒸發掉。煤的水分受煤種及環境溫度濕度影響較大，在測定中的關鍵問題是保證原來煤樣的水分沒有損失也沒有增加，制樣人員及化驗人員在操作中需嚴格按照標準化要求執行，煤的水分樣品需保存在密封良好的容器內，勿放在陽光直射及高溫設備旁。制樣過程需快速，避免吸潮或水分揮發。樣品到達化驗室后立即測定，若無法立即測定立即稱量，必須進行水分損失校正。

在實際試驗檢測中出現過，同一種煤由于測定水分樣品未保存在密閉良好的容器內或送到化驗室未及時測定或制樣不嚴格未按照國標執行，測定的水分產生誤差造成發熱量存在較大誤差。因此要求煤樣制樣人員及化驗人員在操作中嚴格執行國標的標準化要求，避免測定的發熱量結果因水分測定誤差而發生錯誤，影響數據的準確度。

同一廠家燒結煤同一發站，固定碳越高的煤，其發熱量也越高。如表所示：

從以上統計表分析得出，同一廠家同一煤種同一發站，固定碳越高的煤，其發熱量也越高：FCad=100-(Mad+Aad+Vad),由公式可以判斷其固定碳與灰分產率、揮發分產率、水分有關，由此可知，灰分越高的煤，其固定碳就越低；在相同灰分的條件下，揮發分越低的煤，固定碳就越高。

三、發熱量過程中的影響因素

依據氧彈發熱量測定工作原理，首先要解決熱量計的熱容量的標定問題，即儀器量熱系統溫度每增加1 度需要吸收的熱量，可通過一定量的基準量熱物質苯甲酸來標定。

（一）苯甲酸標定熱容量對發熱量測定的影響

熱容量是量熱儀非常重要的參數，其標定的正確與否直接對測定結果產生重大影響。必須使用經國家計量部門檢定合格并標明熱值的二級或二級以上的基準量熱物-苯甲酸。按GB/T213 中規定的方法標定熱容量，確定在不同試驗溫升下需使用的實際熱容量值。

（二）量熱儀運行外部環境的影響

氧彈量熱儀測定發熱量解決量熱系統與外界的熱交換問題，采用在量熱系統周圍加雙壁水套，通過控制水套溫度消除或校正量熱系統與外界的熱交換。根據試樣燃燒前后量熱系統產生的溫差，對附加熱進行校正后得出煤的發熱量。由于自動量熱儀中數顯溫度計內元器件大部分是集成塊及電子元器件，溫度過低過高將影響元器件的功能。

（三）內外筒水的影響

自動量熱儀內筒水是從外筒水注入的，在從外筒向內筒水注入時，水量和水的純凈度要保持一致。自動量熱儀內筒水的熱容量在整個儀器的熱容量中占相當的的比重，由于水的比熱較大，內外筒水的量不一致將會使儀器的熱容量發生變化，導致發熱量的測定誤差。量熱儀電磁閥，進水閥和放水閥易被點火絲、雜質或其他殘渣堵塞，需要隨時檢查和及時清理，保持水中無雜質。

（四）煤樣稱量操作的影響

按照國標GB/T213-2008 測定發熱量時要求空氣干燥煤樣的粒度必須小于0.2mm，質量0.9～1.1g(稱準至0.0002g)。松散的煤樣在燃燒時會發生飛濺，會引起發熱量測定值偏低而導致試驗失敗。所以在測定過程中一定要將稱取的煤樣充分混合均勻，再把稱取的松散煤樣輕輕壓實。重復測試時，稱樣、測量要同時進行，防止煤樣吸收水分而導致試驗數據發生誤差，所以2 個煤樣稱量間隔時間不能太長。

（五）煤樣燃燒不完全的影響

在測定完發熱量后，燃燒皿中會出現剩余的煤樣，這些煤樣都是因為燃燒不完全產生的，而煤樣燃燒不完全會導致測定的發熱量數值比正常值偏低。影響煤樣燃燒不完全的因素有：(1)煤樣本身質量的問題。(2)因點火絲操作不當(3)氧彈使用不當也會使煤樣燃燒不完全，

結束語

影響煤炭發熱量準確測定的因素比較多，除以上分析的幾種常見因素外，還有很多我們忽略的。我們只有在實際工作中本著高度負責的態度，通過不斷地學習和積累，善于發現問題，分析問題，解決問題，才能確保測定結果的準確性。