馬輝平 袁 滿

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141）

發(fā)熱量是煤炭作為燃料利用的一個重要的煤質(zhì)特性指標，它對于電廠安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行均具有重要的意義。它是進廠商品煤的定價及結(jié)算的主要依據(jù)，是鍋爐熱平衡、能量計算的參數(shù)，也是估算鍋爐理論燃燒溫度和鍋爐運行時的配煤燃燒及負荷調(diào)節(jié)的重要依據(jù)，還是電廠主要經(jīng)濟指標-發(fā)電(供電）標準煤耗的計算依據(jù)。因此，準確測定煤的發(fā)熱量是電廠煤化驗室必須要保證的工作。

1 發(fā)熱量測定原理

現(xiàn)在大多數(shù)電廠化驗室都采用自動熱量計測定煤的發(fā)熱量，其原理是將一定量的試樣置于密封的氧彈中，在充足的氧氣條件下，令試樣完全燃燒，燃燒所放出的熱量被氧彈周圍的水（即內(nèi)筒水）和量熱系統(tǒng)所吸收，其水的溫升與試樣燃燒放出的熱量成正比。量熱系統(tǒng)：指發(fā)熱量測定過程中，試樣放出的熱量所能達到的各個部件，除了內(nèi)筒水外，還包括內(nèi)筒、氧彈及攪拌器、感溫探頭浸于水中的部分。用恒溫式熱量計測定發(fā)熱量的過程中，它的內(nèi)外筒水溫總是存在一定的溫差。為了消除內(nèi)外筒的熱交換對溫升的影響，須對內(nèi)筒溫升加上一校正值，稱為冷卻校正值，用符號C 表示。彈筒發(fā)熱量的計算公式為：

式中：Qb——彈筒發(fā)熱量（J/g）;m——試樣質(zhì)量；to——量熱系統(tǒng)的起始溫度(℃);tn——量熱系統(tǒng)吸收試樣放出的熱量后的最終溫度(℃);E——量熱系統(tǒng)的熱容量（J/K）;q1——點火絲熱值（J）；q2——添加物熱值（J）。

2 影響熱量計測定準確性的因素及解決辦法

影響熱量計測定準確性的因素有很多，現(xiàn)以自動熱量計為例，依據(jù)國標GB/T213-2008，結(jié)合實際工作中積累的工作經(jīng)驗，著重分析以下主要影響因素。

2.1 環(huán)境溫度不穩(wěn)

國標GB/T213-2008 煤的發(fā)熱量測定方法[1]中對發(fā)熱量測定試驗室規(guī)定要滿足以下條件：

（1）進行發(fā)熱量測定的試驗室，應(yīng)為單獨房間，不應(yīng)在同一房間內(nèi)同時進行其他試驗項目；

（2）室溫要保持相對穩(wěn)定，每次測定室溫不應(yīng)超過1℃，室溫以在（15-30）℃范圍為宜；

（3）室內(nèi)應(yīng)無強烈的空氣對流，因此不應(yīng)有強烈的熱源、冷源和風(fēng)扇等，試驗過程中應(yīng)避免開啟門窗；

（4）試驗室最好朝北，以避免陽光照射，否則熱量計應(yīng)放在不受陽光直射的地方。

大多數(shù)試驗室都能保證（1）、（3）、（4）條，但對（2）條中的室溫要求卻沒有嚴格執(zhí)行，造成測量誤差。具體分析：熱量計是通過測量內(nèi)筒水溫來計算出被測物質(zhì)熱值的，環(huán)境溫度不穩(wěn)定，會給測試結(jié)果帶來明顯的影響。如果室溫越來越高，比如第二次試驗時的室溫比第一次高（超出規(guī)定范圍），則第二次的內(nèi)筒水溫要比第一次多吸收外界熱量，測得的發(fā)熱量會越來越大。反之，如果室溫越來越低，測得的發(fā)熱量會越來越小。如果室溫上下擺動較大的話測試結(jié)果也會擺動比較大。國標GB/T213-2008 中規(guī)定標定熱容量和測試發(fā)熱量時的內(nèi)筒溫度相差超過5℃就要重新標定熱容量，我們以室溫相差5℃分別測量同一煤樣的發(fā)熱量，結(jié)果見表1：

表1 不同室溫下同一煤樣的發(fā)熱量

從表1 看出，同一煤樣的發(fā)熱量隨著室溫的升高而增大。因此要嚴格控制發(fā)熱量測定房間的室溫，保證每次測定室溫變化不應(yīng)超過1℃，并且和標定熱容量時的室溫盡量接近，兩者相差越小越好。

解決辦法：在很多試驗室，測定發(fā)熱量房間的室溫是靠空調(diào)調(diào)節(jié)的，如果剛打開空調(diào)，室溫還未穩(wěn)定，要嚴禁開始測定發(fā)熱量，最好是測定發(fā)熱量房間的空調(diào)不關(guān)或者是頭天晚上就把空調(diào)打開，保證室溫穩(wěn)定。在實際工作中，我們有時會碰到這樣的情況，用熱量計測定標煤的發(fā)熱量在其不確定范圍內(nèi)，是合格的，但測得的煤樣發(fā)熱量再現(xiàn)性卻不合格，這其中很大的一個原因就是在試驗室的室溫還未穩(wěn)定時就開始測定煤樣，使得測定標煤時和測定煤樣時的室溫相差較大，造成測量不準確。所以化驗員在測定發(fā)熱量時，要嚴格控制室溫符合國標要求，最好記錄發(fā)熱量測定前后的室溫，時時提醒自己關(guān)注室溫，并檢查外筒溫度與室溫相差不得超過1.5℃。

2.2 熱容量

在測定發(fā)熱量時，熱量計的熱容量是通過熱容量標定得出的，這就要求在進行熱容量標定時，要對試驗條件和操作技術(shù)仔細認真檢查，確認無問題后再進行標定，并且在使用新型熱量計前，要按國標要求確定其熱容量的有效工作范圍。如果熱容量值與溫升無相關(guān)性，則熱量計的熱容量可視為常數(shù)，如果熱容量值與溫升有明顯的相關(guān)性，則要用一元線性回歸的方法求得熱容量E 和溫升Δt 的關(guān)系式：E=a+b*Δt——（2）.在測定試樣的發(fā)熱量時，要根據(jù)實際的溫升Δt 用公式（2）確定所用的熱容量值。

在保證熱容量標定的準確性后，還要保證熱容量的變化在允許范圍內(nèi)。國標GB/T213-2008[1]中規(guī)定：熱容量標定值的有效期為3個月，超過此期限應(yīng)重新標定。如果熱量計的量熱系統(tǒng)沒有顯著改變，重新標定的熱容量值與前一次標定的熱容量值不應(yīng)大于0.25%。對于熱容量約10000 J/K 的熱量計來講，兩次標定熱容量的值不應(yīng)大于25J/K.即使熱量計的硬件、軟件都沒有任何改變，但環(huán)境條件是不可能保持不變的。例如上次室溫高于外筒水溫1K，這次室溫低于外筒水溫1K，又如上次室溫與水溫相差1.5K，這次室溫與水溫相差0.5K 等條件的變化都會引起熱容量的變化。而我們在測定發(fā)熱量時，計算公式中所用的系統(tǒng)設(shè)置中所設(shè)置的熱容量值是一個固定值，它實際上不是該次測定發(fā)熱量時熱量計的真實熱容量。如果這兩個值差20J/K，則對發(fā)熱量產(chǎn)生明顯的影響，見表2

表2 不同熱容量時的發(fā)熱量比較

從表2 可看出，兩次彈筒發(fā)熱量相差60 J/K，可見，當熱容量變化時，發(fā)熱量的變化值約等于熱容量變化值乘以溫升再除以試樣質(zhì)量，誤差是顯而易見的。

解決辦法：化驗員要做的就是要嚴格按照國標GB/T213-2008 的要求標定熱容量，使熱容量值盡量接近理論真值，并且保證測定發(fā)熱量時的溫度與標定熱容量時的溫度在小于5K 的情況下盡量接近。

2.3 試樣的水分未測準

試樣的水分，將直接影響到干基高位發(fā)熱量的計算。如果試樣水分測得比真值大，則會使干基高位發(fā)熱量結(jié)果偏大；反之，則會使干基高位發(fā)熱量結(jié)果偏小。國標GB/T213-2008 中發(fā)熱量的再現(xiàn)性臨界差是以干基高位發(fā)熱量進行比較的，規(guī)定發(fā)熱量測定的再現(xiàn)性臨界差為300J/g.如果試樣水分未測準，則在抽查煤樣時，再現(xiàn)性臨界差容易超差。

例如：某日測得某試樣Mad=2.00%，Qgr，ad=25000J/g，則Qgr，d=25000*100/(100-2.00)=25510 J/g，改日抽查該樣品測得，Qgr，ad=24880J/g，若水分未測準，測Mad=1.30%，則Qgr，d=24880*100/(100-1.30)=25208J/g，兩者相差25510-25208=302J/g，，再現(xiàn)性臨界性超差。正確水分為Mad=1.80%，則Qgr，d=24880*100/(100-1.，8 0)=25336J/g，兩者相差25510-25336=174J/g，符合再現(xiàn)性臨界差?？梢娝值恼_測定是保證高位發(fā)熱量準確的前提。

解決辦法：對電廠煤化驗室來說，要保證水分的正確測定，除了要嚴格按照國標GB/T212-2008[2]的規(guī)定操作外，可以采用兩人同時測定水分，或采用工業(yè)分析儀與烘箱同時測定水分來形成數(shù)據(jù)比對，保證水分數(shù)據(jù)的正確。

2.4 試樣質(zhì)量不準

化驗員在使用天平時未進行天平校準或未正確讀數(shù)都會帶來測量誤差，造成試樣質(zhì)量不準。試樣質(zhì)量不準會引起熱容量的誤差：設(shè)苯甲酸熱值Q=26450J/g，點火絲熱量q1=50J，△+C=2.6125K

下面是同一片苯甲酸，由于稱量不準而引起的后果：

當稱得苯甲酸質(zhì)量m=1g 時，

當稱得苯甲酸質(zhì)量m=1.0005g 時，

當稱得苯甲酸質(zhì)量m=0.9995g 時，

結(jié)論：試樣質(zhì)量若差0.0005g，將使熱容量大約相差5J/K。

解決辦法:化驗員在進行試樣稱量時，要正確使用天平。天平要定期進行檢定，天平移動后要重新校正，每次使用前要檢查天平水平，在開啟和關(guān)閉天平門時要動作輕緩，待天平數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再讀數(shù)，保證試樣質(zhì)量稱量準確。

2.5 高灰分、高揮發(fā)分、高硫、低熱值的煤樣容易引起較大的誤差

高灰分的煤樣在坩堝中燃燒時，上層開始燃燒產(chǎn)生的灰會影響下層煤樣的充分燃燒，使得測試結(jié)果偏低，解決辦法是：

（1）提高充氧壓力至3.2MPa，延長充氧時間30s 以上；

（2）在坩堝底部墊一層經(jīng)800℃灼燒后的酸洗石棉絨；

（3）用擦鏡紙包（結(jié)果要減去擦鏡紙的熱量）；

（4）減少試樣的質(zhì)量（熱量不要低于18000J，否則要加苯甲酸作為添加物）；

（5）選用薄壁、開口較大的淺坩堝。

化驗員可根據(jù)試驗室的條件和試樣情況選用上述的某一種方法。

高揮發(fā)分的煤樣在燃燒過程中容易濺出，掉入氧彈底部水中的那一部分就不會燃燒，因而使結(jié)果偏低，解決辦法：

（1）點火絲不接觸煤樣，離開（1～2）mm；

（2）在煤樣上面蓋一薄層經(jīng)800℃灼燒后的酸洗石棉絨；

（3）用擦鏡紙包（結(jié)果減去擦鏡紙的熱量）；

（4）選用開口較小的深坩堝；

（5）氧彈中不放10ml 水，但計算彈筒發(fā)熱量時要將熱容量值減去42J/K；

（6）可以壓成餅來測。

高硫的煤樣在氧彈中燃燒時，有一部分SO2與CaCO3中分解出來的CaO 化合生成CaSO4，而沒有生成硫酸，這部分硫酸生成熱就沒有得到，而在計算高位發(fā)熱量時，是按全硫來減去硫酸生成熱的（減94.1×St.ad），生成的少，減去的多，結(jié)果當然偏低。解決的辦法是：減少試樣質(zhì)量（熱量不要少于18000J），以減少在氧彈中硫的絕對量，因而減少CaSO4生成的機會，對結(jié)果會有改善。

低熱值的試樣在氧彈中燃燒后產(chǎn)生的熱量較少，使主期溫升較小，可能終點時內(nèi)筒水溫沒有高于外筒水溫1.5K 以上，因此難以出現(xiàn)明顯的水溫下降趨勢，往往容易出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，即主期時間會超過10min，有時更長，直接影響冷卻校正值的大小，因而結(jié)果不好，解決辦法是：

（1）加添加物（最好是苯甲酸），增加放入氧彈中的總熱量；

（2）如果是可以調(diào)內(nèi)筒水溫的量熱儀，可將內(nèi)筒水溫調(diào)到使終點的內(nèi)筒水溫高于外筒水溫1.5K 以上。

2.6 氧彈漏氣

氧彈漏氣是發(fā)熱量測定中的常見故障，若不及時消除，則會導(dǎo)致試樣燃燒不完全，使發(fā)熱量測定值偏低，或發(fā)生點火失敗。因為測定發(fā)熱量，氧彈中都要求有過量氧氣才能保證結(jié)果準確，如果氧彈漏氣則氧彈內(nèi)的氧氣不足，碳將不會全部生成CO2，而有一部分生成CO，就會少產(chǎn)生熱量，硫酸生成熱、硝酸生成熱也會減少，因此會使試驗結(jié)果偏低。

解決辦法：國標中規(guī)定氧彈裝好試樣并充好氧氣后，要進行氣密性檢查：把氧彈放入裝好水的內(nèi)筒中，如氧彈中無氣泡漏出，則表明氣密性良好，如有氣泡出現(xiàn)，則表明漏氣，應(yīng)找出原因，加以糾正，重新充氧。這里就存在一個情況，現(xiàn)在電廠化驗室一般都采用自動量熱計，在水進入內(nèi)筒之后再進行氧彈氣密性檢查，若氧彈漏氣，就要拿出氧彈檢查原因，還要停掉發(fā)熱量測試程序，會很耽誤很多時間，尤其對來煤量很多的化驗室，其工作壓力非常大。我們可以在發(fā)熱量測試試驗前就進行氧彈氣密性檢查，或者準備一個裝滿水的水桶，在氧彈充氧后進行氣密性檢查，這樣就很方便工作。

氧彈漏氣后，正確的做法可以按照《燃料分析技術(shù)問答》[3]中的要求，將氧彈充氧后浸沒在水中，如發(fā)現(xiàn)彈蓋與彈體結(jié)合處漏氣，可能是墊圈干澀或存有物屑，應(yīng)用水潤濕或剔除。氧彈進出口閥漏氣，多數(shù)是因該閥墊圈不合適或老化造成的，應(yīng)更換合適的墊圈。針型閥漏氣，通常是由于針型閥受含硫氣體的腐蝕、磨損造成的，應(yīng)更換新針型閥。所以氧彈要很好地維護，以延長使用壽命，保證安全，每次測定發(fā)熱量后，務(wù)必將氧彈各部件仔細用水沖洗并擦凈。

3 結(jié)語

影響熱量計測定準確性的因素有很多，任何一個很小的細節(jié)都會造成測定不準確。上述分析的影響因素及解決辦法是我化驗室在長期的工作中遇到的問題并經(jīng)過實踐切實可行的辦法，對各電煤化驗室有一定的借鑒意義。作為火力發(fā)電廠燃煤化驗室，要保證熱量計測定的準確性，不光要注意本文列舉的幾點，化驗員要在日常操作中嚴格按照國標要求，規(guī)范自己的操作，并且要提高工作責(zé)任心，不斷加強自身專業(yè)學(xué)習(xí)，提高素養(yǎng)，在發(fā)熱量試驗中保證熱量計測定的準確性。

［1］GB/T213-2008 煤的發(fā)熱量測定方法[S].2008:2，12.

［2］GB/T212-2008 煤的工業(yè)分析方法[S]2008:1-3.

［3］方文沐，杜惠敏，李天榮.燃料分析技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2005：172.