碳?xì)湓販y(cè)定裝置升級(jí)改造路徑探討

江寧川 楊 佳 王振國(guó) 韓瑞國(guó)

（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院 天津 300192）

碳?xì)湓販y(cè)定裝置升級(jí)改造路徑探討

江寧川 楊 佳 王振國(guó) 韓瑞國(guó)

（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院 天津 300192）

碳、氫、氮作為煤中占比高、作用大的三種元素，對(duì)于煤質(zhì)分析、煤樣化驗(yàn)及排放控制等工作都具有較重要的意義。本文從采用紅外－熱導(dǎo)聯(lián)合法的碳?xì)湓販y(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)和原理出發(fā)，提出了將其升級(jí)改造為元素分析儀的方法路徑。通過在硬件和軟件上升級(jí)改造該設(shè)備，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

元素分析儀；碳?xì)湓販y(cè)定；紅外－熱導(dǎo)聯(lián)合法

引言

煤中的碳和氫是產(chǎn)生熱量的主要來源，其含量決定了發(fā)熱量的大小；煤中氮是無用成分，在燃燒時(shí)大部分呈游離狀態(tài)隨煙氣逸出，其中部分轉(zhuǎn)變成氮氧化物，增加了環(huán)境污染。[1]因此，隨著環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻、大氣治理任務(wù)日趨緊迫，煤中氮含量的測(cè)定對(duì)于控制煤炭燃燒和環(huán)境污染都具有十分重要的意義。

我單位于多年前購(gòu)置的紅外碳?xì)錅y(cè)定儀，型號(hào)為5E-CH2021，由于其缺少氮元素檢驗(yàn)?zāi)K，無法進(jìn)行氮元素分析，無法滿足客戶檢驗(yàn)及主管部門監(jiān)督抽查需求的同時(shí)，也極大的制約了我室的發(fā)展。重新購(gòu)買元素分析儀需要大量資金，并浪費(fèi)既有資源。最好的方法是在原有儀器基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，從硬件和軟件兩方面下手，通過在儀器內(nèi)部增加氮元素檢驗(yàn)?zāi)K并更新軟件，將設(shè)備功能完善，升級(jí)為元素分析儀。

1 現(xiàn)有裝置

近年來，相較于經(jīng)典方法，紅外－熱導(dǎo)聯(lián)合法由于其更快的測(cè)定周期、更理想的準(zhǔn)確度，展現(xiàn)了良好地應(yīng)用前景。紅外－熱導(dǎo)聯(lián)合法測(cè)定煤中碳?xì)涞吭砣鐖D1。煤樣在氧氣流中充分燃燒，煤中碳全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳,氫全部轉(zhuǎn)化為水，氮轉(zhuǎn)化為氮氧化物及少量氮?dú)獾幕旌衔铩Ｉ鲜霎a(chǎn)物與少量其它產(chǎn)物混合后，通過凈化試劑去除其中的雜質(zhì)，存入混氣罐。[2]經(jīng)充分混勻后，混氣罐將氣體分別送入H2O紅外池、CO2紅外池以及還原爐。進(jìn)入兩個(gè)紅外池的產(chǎn)物分別通過紅外法測(cè)定出煤中的碳、氫含量，而進(jìn)入還原爐的氣體在載氣氦氣的攜帶下去除氧氣，并將其中的氮氧化物還原為氮?dú)猓俳?jīng)過凈化后進(jìn)入熱導(dǎo)池，并通過熱導(dǎo)法測(cè)定。

圖1 紅外－熱導(dǎo)聯(lián)合法測(cè)定煤中碳?xì)涞吭硎疽鈭D

如圖1所示，紅虛線框以內(nèi)為需新增加的熱導(dǎo)法測(cè)定氮含量的原理示意，紅虛線框以外為現(xiàn)有的紅外法測(cè)定碳、氫含量的原理示意。

2 改造路徑

2.1 硬件部分

鑒于現(xiàn)有設(shè)備預(yù)見性的預(yù)留了硬件空位，作為升級(jí)改造的基礎(chǔ)部分，硬件改造可以更順利的開展。需要新增或調(diào)整的內(nèi)容有：調(diào)整混氣罐出口結(jié)構(gòu)，增加用于氮?dú)鈾z測(cè)的氣路；新增氦氣氣瓶及相應(yīng)氣路，通向混氣罐出口新增氣路，作為載氣；新增氣體二分器，一部分通向還原爐，一部分通向熱導(dǎo)池；增加還原爐、凈化管和熱導(dǎo)池，用于氮氧化物還原反應(yīng)、反應(yīng)后凈化及氮?dú)夂繖z測(cè)；增加必要的氣閥，調(diào)整原有控制單元，在充分利用預(yù)留接口的基礎(chǔ)上調(diào)整電路板結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)有輸入輸出接口無法滿足要求，則新增相應(yīng)的控制電路板。2.2軟件部分

軟件部分的調(diào)整可以結(jié)合硬件同步進(jìn)行，需要新增或調(diào)整的內(nèi)容有：新增氮?dú)鈾z測(cè)模塊，調(diào)整系統(tǒng)上電自檢測(cè)模塊，調(diào)整輸入、輸出模塊及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等模塊，調(diào)整控制模塊，調(diào)整上位機(jī)通訊模塊以及其他功能模塊。

2.3 設(shè)備調(diào)試

在硬件和軟件均調(diào)整完成后，開展設(shè)備調(diào)試。應(yīng)根據(jù)同類產(chǎn)品要求，嚴(yán)格編制調(diào)試計(jì)劃和方案，逐條逐步開展，大致應(yīng)包括以下內(nèi)容：硬件部分調(diào)試（氣路、氣閥氣密性測(cè)試、各反應(yīng)池反應(yīng)測(cè)試及溫度測(cè)試、輸入輸出接口調(diào)試）、軟件部分調(diào)試（系統(tǒng)自檢、新增接口控制、氣閥控制、反應(yīng)過程控制、通訊調(diào)試）以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試。之后應(yīng)根據(jù)通用技術(shù)要求，參考同類儀器設(shè)備已發(fā)布的校準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)升級(jí)改造后的儀器設(shè)備開展檢定校準(zhǔn)工作，從控溫性能和測(cè)量性能兩個(gè)大方面開展考核。在生產(chǎn)廠家的配合下，精心細(xì)致，仔細(xì)摸排，嚴(yán)格考核儀器設(shè)備計(jì)量性能的穩(wěn)定性和精密性，并輔以大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐，完善設(shè)備狀態(tài)。

結(jié)語(yǔ)

紅外法和熱導(dǎo)法是目前應(yīng)用廣泛的較為先進(jìn)的定量檢測(cè)技術(shù)，將其聯(lián)合應(yīng)用引入煤質(zhì)檢測(cè)，對(duì)煤質(zhì)檢測(cè)技術(shù)水平的提升有較大的意義。[3]本文提出的對(duì)原有碳?xì)湓販y(cè)定裝置進(jìn)行升級(jí)改造的方法路徑，有效利用了現(xiàn)有設(shè)備，盡可能的節(jié)約了成本，并有望取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]馬輝平,袁滿.煤中碳、氫和氮含量測(cè)定的操作要點(diǎn)[J].煤炭加工與綜合利用,2015（7）:73-74.

[2]李婷,徐開群.紅外-熱導(dǎo)聯(lián)合法測(cè)定煤中碳?xì)涞康脑斫馕鯷J].煤質(zhì)技術(shù),2012（1）:25-28.

[3]俎愛忠,劉媛.煤中碳?xì)涞獪y(cè)定方法的對(duì)比[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2017（4）:70-72.