探析影響煤炭發(fā)熱量準(zhǔn)確度測(cè)定的因素

任志鵬

（山西省標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究院能源產(chǎn)品檢驗(yàn)研究所，山西太原 030000）

發(fā)熱量是單位質(zhì)量的煤炭燃燒后所釋放的熱量，根據(jù)發(fā)熱量指標(biāo)對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行分析和分類(lèi)，不僅為燃煤設(shè)備提供依據(jù)，也為煤炭樣品的耗煤量、熱效率、熱平衡提供數(shù)據(jù)來(lái)源，并為動(dòng)力用煤提供重要的質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也能反映煤質(zhì)的變化規(guī)律，為煤炭分類(lèi)提供依據(jù)。受煤質(zhì)形成的自然條件影響，不同地區(qū)、不同種類(lèi)的煤質(zhì)存在較大的差異，對(duì)煤炭發(fā)熱量具有決定性的影響。依據(jù)GB213—2008《煤炭發(fā)熱量測(cè)定方法》，結(jié)合實(shí)際操作過(guò)程中對(duì)分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響因素，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

1 樣品的處理

1.1 樣品的制備

對(duì)客戶(hù)送達(dá)的樣品采取嚴(yán)格的要求：樣品質(zhì)量數(shù)和基態(tài)（空氣干燥基）的條件直接影響制樣的精度，最終影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。發(fā)熱量隨著煤炭中空干基水分的增加而減少，在煤炭燃燒過(guò)程中水分會(huì)吸收熱量而蒸發(fā)，降低煤炭中有機(jī)物的含量，從而影響煤炭發(fā)熱量的結(jié)果。

制備樣品要嚴(yán)格按照GB474—2008《煤樣的制備方法》從700g 以上煤樣（粒度＜3mm）中縮分出100g 以上的樣品作為其分析試樣，對(duì)于粒度大于3mm 的樣品質(zhì)量數(shù)控制在15kg 以上，再研磨至0.2mm 以下的分析試樣。對(duì)制備好（0.2mm）的分析樣品采取當(dāng)日試驗(yàn)完畢,未分析的試樣在密封狀態(tài)下放置于陰涼或干燥器中。氧化對(duì)試樣發(fā)熱量的值影響是明顯的，放置時(shí)間與測(cè)定值在一定程度上成反比。

1.2 樣品的稱(chēng)取

樣品的稱(chēng)取是所有分析試驗(yàn)中最重要的環(huán)節(jié)，科學(xué)準(zhǔn)確的稱(chēng)樣可以提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了對(duì)所稱(chēng)取的樣品做到均勻無(wú)誤，通常采取“八字”法或“軸線平移”法，在煤樣瓶的不同部位采取多點(diǎn)取樣，再往燃燒皿中準(zhǔn)確稱(chēng)取空氣干燥基煤樣0.9～1.1g（精確到0.0002 g）,必要時(shí)方可把稱(chēng)取好煤樣的坩堝輕輕震動(dòng)，使之墩實(shí)，防止點(diǎn)火燃燒時(shí)煤樣不平松散發(fā)生飛濺，影響測(cè)定結(jié)果。對(duì)灰份值達(dá)到60%的煤或矸石樣品，采取外包擦鏡紙的方式進(jìn)行試驗(yàn)，灰份過(guò)大不宜點(diǎn)火或燃燒不完全影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，如表1。

表1 灰份值達(dá)到60%的煤或矸石樣品使用擦鏡紙前后比較

2 環(huán)境要求

GB213—2008《煤炭發(fā)熱量測(cè)定方法》規(guī)定發(fā)熱量試驗(yàn)在15℃～30℃范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)活動(dòng)，不同溫度條件下，發(fā)熱量的溫度與熱容量的標(biāo)定溫度一致時(shí)，發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果相差很小。根據(jù)煤的恒溫式量熱法的原理：在充有過(guò)量氧氣的氧彈中燃燒一定量的分析煤樣，根據(jù)試樣燃燒前后量熱系統(tǒng)產(chǎn)生的溫升，并對(duì)點(diǎn)火熱等附加熱進(jìn)行校正后得到試樣的發(fā)熱量。在試驗(yàn)活動(dòng)中，由于量熱儀自身存在內(nèi)筒與外筒的熱交換，內(nèi)筒水量和物理特征（環(huán)境溫度）相對(duì)穩(wěn)定的條件下，所獲取的彈桶熱值科學(xué)準(zhǔn)確。環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響測(cè)試熱值的結(jié)果，GB213—2008《煤炭發(fā)熱量測(cè)定方法》規(guī)定，終點(diǎn)（試驗(yàn)完畢）時(shí)內(nèi)筒溫度應(yīng)高于外桶溫度1℃左右；外桶溫度與環(huán)境溫度應(yīng)控制在1.5℃之內(nèi)。對(duì)超出溫差范圍的試樣活動(dòng)，及時(shí)調(diào)整措施彌補(bǔ)環(huán)境帶來(lái)的誤差影響值，必要時(shí)停止試驗(yàn)，等待溫度符合條件方可進(jìn)行，確保試驗(yàn)環(huán)境滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求。

2.1 內(nèi)筒水的控制

在發(fā)熱量的試驗(yàn)活動(dòng)中，內(nèi)筒水熱容量所占比重很大。為了控制內(nèi)筒水滿(mǎn)足檢驗(yàn)要求，通過(guò)內(nèi)筒水的水量和溫度對(duì)其進(jìn)行控制。由于水的比熱很大，不同溫度下水的密度不同，因此用定容法確定的內(nèi)筒水量會(huì)隨水溫的變化發(fā)生改變，不同環(huán)境溫度下標(biāo)定的熱容量發(fā)生的誤差最大。發(fā)熱量測(cè)定的環(huán)境溫度與標(biāo)定時(shí)的溫度不能超過(guò)5℃。內(nèi)筒中的水量通過(guò)儀器的熱容量發(fā)生變化，從而影響彈筒熱值。通常采取固定的計(jì)量器具稱(chēng)取其內(nèi)筒水，在量取過(guò)程中試驗(yàn)人員必須嚴(yán)格要求，觀察水量的多少用平視法。

2.2 量熱溫度計(jì)的控制

內(nèi)筒溫升測(cè)量的精度直接影響發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確定。GB213—2008《煤炭發(fā)熱量測(cè)定方法》中規(guī)定：“量熱溫度計(jì)至少應(yīng)有0.001K 的分辨率，以便能以0.002K 或更好的分辨率測(cè)定2K 到3K 的溫升。量熱溫度計(jì)在其測(cè)量的每個(gè)溫度變化范圍內(nèi)應(yīng)是線性和線性化的。”

通過(guò)試驗(yàn)得出量熱溫度計(jì)控制在5℃之內(nèi)滿(mǎn)足線性度要求。確保試樣的測(cè)定熱值與標(biāo)定之間沒(méi)有系統(tǒng)誤差滿(mǎn)足發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)超過(guò)5℃的內(nèi)筒溫度，應(yīng)該對(duì)量熱溫度計(jì)的線性誤差進(jìn)行修整，需要對(duì)儀器重新標(biāo)定，滿(mǎn)足檢驗(yàn)要求。

3 坩堝

不同質(zhì)量的坩堝對(duì)測(cè)定值的影響是顯著的,廠家不同批次質(zhì)量都存在差異性,對(duì)新購(gòu)置坩堝應(yīng)在800℃的高溫爐中進(jìn)行煅燒,燒至恒重后才能用于試驗(yàn)活動(dòng)中,不同型號(hào)的儀器對(duì)坩堝形狀的外型不一,試驗(yàn)過(guò)程中必須選擇與之相匹配的坩堝進(jìn)行試驗(yàn)活動(dòng)。在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)完畢后的坩堝做必要清理，用潔凈的棉花擦拭坩堝內(nèi)壁。發(fā)現(xiàn)有燃燒不完全的樣品，要及時(shí)檢查核對(duì)彈桶熱值，發(fā)現(xiàn)異常重新試驗(yàn)。對(duì)使用過(guò)久的坩堝要進(jìn)行質(zhì)量核驗(yàn)，對(duì)損耗過(guò)大超出范圍的坩堝進(jìn)行更換。

4 充氧和氣密性的檢查

GB213—2008《煤炭發(fā)熱量測(cè)定方法》對(duì)彈桶充氧的壓力和時(shí)間做了的規(guī)定：充氧壓力2.8MPa～3.0 MPa，時(shí)間保持30s。在實(shí)際操作過(guò)程中充氧壓力超過(guò)3.2 MPa 時(shí)，應(yīng)停止試驗(yàn)，按放壓閥，放掉氧氣，必要時(shí)重新稱(chēng)取樣品進(jìn)行充氧至3.2 MPa 以下。對(duì)氧氣壓力降至5.0 MPa 以下時(shí)，充氧時(shí)間酌情延長(zhǎng)。壓力低于4.0 MPa 時(shí)應(yīng)及時(shí)更換新的氧氣瓶。試驗(yàn)人員對(duì)使用一段時(shí)間的氧彈進(jìn)行必要的氣密性檢查，由于氧彈內(nèi)膠墊老化造成的漏氣，氧氣壓力不足導(dǎo)致點(diǎn)火失敗影響試驗(yàn)結(jié)果。通常方法把充滿(mǎn)壓力的氧彈全部放置于水中，水面掩過(guò)氧彈全部，觀察氧彈蓋周?chē)欠裼袣馀荩娇勺C明氧彈的嚴(yán)密性。

5 用標(biāo)準(zhǔn)煤炭物質(zhì)進(jìn)行核驗(yàn)

除了在滿(mǎn)足試驗(yàn)各要素的條件下，對(duì)每次發(fā)熱量試驗(yàn)采取有效標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)偏倚性的可疑結(jié)果采取科學(xué)的方法進(jìn)行校驗(yàn)。一般采取低、中、高三組不同的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)以標(biāo)定的儀器進(jìn)行核驗(yàn)，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)要求方可進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)同一個(gè)樣品采取雙結(jié)果校準(zhǔn)，對(duì)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍規(guī)定重復(fù)性數(shù)據(jù)的試驗(yàn)樣品，采取排除法逐一進(jìn)行核驗(yàn)。

6 結(jié)論

影響煤炭發(fā)熱量因素是多方面的，除了上述因素外，操作方法、人員素質(zhì)、過(guò)程控制等都會(huì)影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，提高試驗(yàn)人員的綜合素質(zhì)至關(guān)重要，加大培訓(xùn)力度，采取多方位的措施保證操作過(guò)程的科學(xué)準(zhǔn)確。為經(jīng)濟(jì)社會(huì)提供科學(xué)可靠的目標(biāo)數(shù)據(jù)。