如何提高煤炭发热量测定的准确度.doc

如何提高煤炭发热量测定的准确度王会英1 ，李保林2（1. 晋能有限责任公司，山西 太原 030001；2.中国日用化学工业研究院，山西 太原 030001）摘要影响煤炭发热量测定的因素很多。作者根据多年工作经验，从煤样因素、环境因素、设备因素、操作因素、实验材料、误差校正等多方面分析了影响发热量测定准确度的因素，以及正确的方法和条件，为进一步提高煤质化验结果的准确性提供了技术经验支持。关键词煤炭发热量；制样；氧弹；充氧时间；热容量标定；中图分类号 TQ533.4引言煤炭的发热量不仅是发电、供热用煤的质量指标，还是煤炭贸易用于计价的计价指标。发热量指标对煤炭生产和销售有着非常重要的意义。发热量测定是一项环节多、技术性强的工作。在使用量热仪测定发热量的过程中，受煤样制备、试验条件、氧弹气密性、充氧时间及压力、热容量的标定、试样材料、外部环境、热容量以及误差校正、操作员技术水平等多方面因素的影响，稍不注意就会出现测定误差。笔者根据多年工作经验，对煤炭发热量测定总结了一些经验，用以减小测定误差、提高测定精度。1 煤炭发热量测定原理及方法国标规定煤的发热量测定方法（GB/T 213-2008）采用氧弹量热法。其方法是称量一定量的煤样，将煤样置于充有高压氧的氧弹中，氧弹放在装有一定量纯水的内筒里，通过氧弹中的电热点火丝将试样点燃，样品燃烧放出的热量使量热仪的量热系统温度上升。根据试样燃烧前后量热系统产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后可求得试样的弹筒发热量1。另外，量热系统不是与外界隔绝的，它可能与周围环境发生热交换，因此通常是把盛氧弹的水筒放在一个双壁水套（外筒）中，通过控制水套的温度来消除量热系统与周围的热交换，或者用计算方法对热交换进行校正。 2 影响煤炭发热量测定的因素及提高测定精度的措施煤的发热量测定工作规范性强、技术性强、环节多、人为因素多，影响测定精度的因素可以分为如下几大类：煤样因素、环境因素、设备因素、材料因素、操作因素、计算校正因素。在每一类因素中又包含很多影响子因素。2.1 煤样因素2.1.1 煤样制备收到煤样后先将煤样在烘箱中进行干燥，从烘箱取出的煤样必须在室温下放置以上，使其达到空气干燥基。煤样燃烧时，煤样中的水分会吸收热量，因此煤样中的水分对发热量影响很大，据测算，煤样全水分每变化1%，发热量变化60-70卡/克左右。用于分析的试样必须是空气干燥煤样，对不满足要求的煤样必须重新干燥2。干燥后的煤样要进行除铁处理，用磁铁在煤样中充分搅拌，吸去煤样中可能残留的铁屑或磁铁矿粉。铁屑的存在对发热量测定会造成一定的影响，尤其目前重介质选煤非常广泛，煤样中含铁屑概率和比例都较大。因此决不能图省事，而忽略这一步骤。吸铁后才可进行破碎和缩分，煤样的粒度必须小于0.2mm。2.1.2 煤样称取方法 煤炭是密度组成和粒度组成都不均匀的混合物。由于重力的作用，瓶中储存的煤样在移动过程中产生粒度、密度离析，造成不均匀。为了保证称取的煤样均匀并具有代表性，称样前需对瓶中煤样进行充分混合。混合的方法应使用“转瓶法”。严禁用煤样勺在瓶中搅拌煤样，搅拌不但不能使煤样均匀，而且还会降低煤样的代表性，影响测定结果。为了便于“转瓶法”混合煤样，国标规定，瓶中的装样量不得超过容器总体积的3/42。煤样称取的质量为0.9-1.1g（精度要求达到0.0002g）,称取后的松散煤样应轻轻压实，防燃烧时煤样飞溅而导致试验失败或发热量测定值偏低。在天平称重时必须使用干燥剂并正确使用，不能违规操作，以保持天平内环境的干燥。2.2 环境因素2.2.1 测定室布置测定室最好朝北并单设房间，避免阳光照射，测定室内不得有其它试验项目。不满足朝北的测定室，热量计应放在不受阳光直射的地方。2.2.2 测定室温度发热量的测定与煤样、环境温度、仪器等密切相关，环境温度还直接影响各类仪器仪表元器件的性能，因此国标规定，发热量测定时，室温变化不能超过。一般情况室温在15-30范围内为宜，若不满足可以借助于空调，并要求空调不能正对着量热仪送风，且要等室温稳定后才能进行测定。为避免测定过程中环境温度变化造成对测定数值的影响，试验过程中应保证室内无强烈空气对流，避免开启风扇、门窗。2.3 设备因素2.3.1 氧弹水压试验与气密性检查新氧弹和新换部件（弹筒、弹头、连接环）的氧弹应经20.0 MPa的水压试验，证明无问题后方能使用。还应经常观察与氧弹强度有关的结构，如弹筒和连接环的螺纹、进气阀、出气阀和电极与弹头的连接处等，如发现显著磨损或松动，应进行修理，修理后必须经水压试验合格后再用。氧弹还应定期进行水压试验，每次水压试验后，氧弹的使用时间不超过2年1。发热量测定时使用的氧弹必须保证充氧后完全气密，如果氧弹漏气可能会造成事故。检查的方法是：将氧弹充氧后放入装有水的容器中，检查是否有气泡冒出，如有气泡说明氧弹漏气就要更换密封圈，氧弹的密封圈有三个，如氧弹盖外围漏气，只要更换大密封圈即可，如氧弹头漏气，需要打开氧弹头，更换氧弹头内的两个密封圈。另外零部件磨损造成的接触不严密等也会造成漏气。2.3.2 搅拌器搅拌器能否正常工作也直接影响到试验结果的准确性，搅拌器线路接触不良，会出现搅拌速度不均匀，搅拌桨安装不标准，会出现卡、停现象，导致内筒水的热量不能及时散出；搅拌器摩擦内壁还会造成摩擦热；这些都会造成虚假数据，对测定值造成影响。如发现重复测定结果不稳定或相差偏大时，应及时检查搅拌器，如有故障进行处理，并重新标定热容量。2.3.3 燃烧器皿使用前需要检查 燃烧器皿变形损毁不但会影响试验数据，严重时还会烧毁氧弹。试验前，必须检查燃烧器皿是否有损毁、变形和底部变薄等问题，如有损毁应及时更换新的器皿。2.4 材料因素2.4.1 氧气纯度、压力及充氧时间GB/T 213-2008规定氧气纯度不低于99.5，不含可燃成分，不是电解氧。工业氧气成分复杂，使用工业氧气测得的弹筒发热量误差较大，应尽可能采用更纯净的医用氧气。氧气的分解压不得低于2.8Mpa高于3.0Mpa。充氧时间不得小于15s，当钢瓶压力低于5Mpa以下时，可适当延长充氧时间，当压力降低到4.0Mpa以下时，必须更换氧气瓶。实践经验证明，当氧气压力不够氧气不充足时，煤样燃烧不完全，测得的发热量偏低。当氧气压力大于3.2Mpa时煤样在富氧的情况下，测得的发热量偏高。无论高低，都是不准确的。2.4.2 内筒水的影响量热仪内筒的水是由外筒注入的，水质不纯含有杂质会使测定结果出现差错。应经常检查量热仪电磁阀、进水阀和放水阀是否堵塞，水质有无杂质等，一旦发现杂质或堵塞应及时清理干净，并换水，并重新标定仪器的热容量3。国标GB/T 213-2008规定，试验前必须在氧弹内加入10ml蒸馏水，吸收空气和煤中含有的N、S等酸性物质转化成酸时所产生的热量，以得到准确的弹筒发热量。2.4.3 点火丝对测定数值的影响点火丝必须使用直径0.1mm左右且已知热值的金属丝，如铂、铜、镍丝等，并在计算结果时将该热量扣除。对于可能爆、溅的煤样，或压饼或用擦镜纸包裹煤样，并在计算时扣除擦镜纸的燃烧值。擦镜纸的燃烧值必须取三次测定结果的平均值为标定值1。2.5 操作因素2.5.1 热容量标定热容量标定是发热量测定非常重要的环节，是测定的度量尺，只有正确地进行热容量标定才可能获得准确发热量测定结果。热容量标定一般应进行5次重复试验。计算5次重复试验结果的平均值和相对标准差，其相对标准差不应超过0.20%；若超过0.20%，再补做一次试验，取符合要求的5次结果的平均值，修约至1J/K，作为该仪器的热容量。若任何5次结果的相对标准差都超过0.20%，则应对试验条件和操作技术仔细检查并纠正存在问题后，舍弃已有的全部结果，重新进行标定1。热容量标定值有效期为3个月，超过此期限应进行重新标定，有下列情况时，应重新测定。(1)更换热量温度计。(2)更换热量计大部件如氧弹盖、连接环。(3)标定热容量和测定发热量时内筒温度相差5K。(4)热量计经过较大的搬动之后。2.5.2 煤样燃烧不完全的影响煤样只有完全燃烧才有可能得出正确结果。导致不完全燃烧的因素有：煤质原因（如高灰低热值煤）、充氧少、点火丝埋入过深、氧弹密封不好等。试验完成后如发现煤样未完全燃烧应分析查找原因，并对发现的问题做相应处理后重新试验。对于低热值煤可采用包擦镜纸或掺苯甲酸的方法进行热值测试。2.6 计算校正 发热量测定环节多，技术性强，标准严。只有对相关数据进行各种校正，才能获得准确数据，达到符合标准、反映煤质实际情况的结果。一般需要校正的数据和环节有：温度计刻度校正、贝克曼温度计平均分度值校正、恒温式热量计的内筒散热校正。23 小结综上所述，要提高煤发热量测定的准确度，除严格按国标操作外，还需加强学习和锻炼，提高实际操作水平，细心观察，及时发现并排除问题；定期检查、标定设