火電廠煤化驗室發熱量測定質量控制研究

孫 亮

（天津國電津能濱海熱電有限公司，天津 300459）

煤炭發熱量的測定方法始終是發電行業研究的重點話題，因為沒有一套符合所有要求的測定方法，所以應從不同角度、不同層面進行方法的分析與研究。在所有的方法中，恒溫式量熱法成為現階段應用較為廣泛的煤炭發熱量測定方法。本文以恒溫式量熱法作為研究對象，對影響其測定精準度的相關因素進行研究分析，并且研究如何通過質量控制的應用避免一些因素對實驗效果產生影響，從而為火電廠未來的經營與發展提供一個可信的實驗數據支撐。

1 恒溫室量熱儀的測量原理

首先需要稱取一定質量的空氣干燥煤樣，將其放置在已經準備好的氧彈中，然后向氧彈中充入氧氣，在充氧氣的過程中需要觀察充氧壓力的變化以及氧彈自身是否處于密封的情況，煤樣在氧彈內燃燒完全，燃燒所釋放出的熱量能夠使熱量計中的液體溫度升高，對熱量計的液體進行實時的溫度監測，利用溫度的變化來計算彈筒發熱量。但是在實際測定過程中存在熱量體系與恒溫環境之間的熱交換，需要對產生的熱交換數據進行計算與修整，才能夠獲得較為準確的煤樣發熱量。在測熱的過程中恒溫式熱量計的內外筒之間存在著一定的熱交換反應，針對此種情況就需要進行冷卻校正的應用，目前公認的最準確的冷卻校正公式是瑞-方公式，在自動氧彈熱量計法中即使用此公式。

2 火電廠煤炭發熱量測量概念

對煤炭的發熱量進行測定是發電廠運營過程中一個非常重要的項目，并且該測定所產生的數據會對發電廠的經營策略以及技術應用產生非常重要的影響，從技術層面上來看，煤炭的發熱量并不單是一項煤質特性的指標，需要進一步保證在煤炭發熱量測定過程中的精準性。

煤炭發熱量的測量工作現階段使用較為廣泛的方法為氧彈式量熱儀，方法就是稱取（1±0.1）g 煤樣，然后將稱好的煤樣放置在氧彈中，向氧彈中注入足量的氧氣，氧氣壓力在2.8～3.0MPa 之間，壓力表指針穩定后的充氧時間不少于15s，充氧完畢后將氧彈沒入水中檢查氧彈的密封性，如無連續的氣泡冒出則氣密性合格，然后將氧彈放置在量熱儀內筒中，實驗過程中煤樣完全的燃燒，燃燒釋放出來的熱量被內筒水吸收，使水溫上升，儀器對上升的溫度進行精準的測量。除此之外還需要計算儀器熱容量，因為在一定溫度下，整個熱量體系熱容量通常是一種常數，只要計算出這個常數的大小，那么就能夠以此為基礎計算出煤樣的發熱量。

在實際的煤炭發熱量測定中有兩種測定發熱量的方式，第一種是絕熱式氧彈熱量計，此種方法外筒溫度緊跟隨內筒溫度而變化，不需要進行冷卻校正；另外一種方法是需要進行冷卻校正的，該種方法叫作恒溫式熱量計法。因為現階段絕大多數的火電廠煤炭發熱量測定工作都是使用恒溫式熱量計法，針對此種情況，本文主要論述恒溫式氧彈熱量計測定煤炭發熱量的質量控制。

3 影響恒溫式量熱儀檢測準確度的因素

3.1 內筒水量

恒溫式量熱儀內筒水的熱容量在其整個量熱系統中占據相當大的比重，因為水自身的比重較大，如果不能準確地計算內筒的水量，那么測量儀的熱容量將會發生變化，每一個微小的變化都會對最終結果的計算產生影響，進一步導致發熱量的測定結果不準確。針對此種情況，在實際的發熱量測定過程中，內筒水量的精準測量工作就顯得十分重要，需要通過稱重法或容積法來對內筒水量進行校準。

3.2 外筒溫度

在實際的恒溫式量熱儀使用的過程中，內筒水與外筒水之間產生熱交換是一個不可避免的問題，這種情況的存在會對發熱量測定的效果產生一定程度的影響，特別是外筒水溫有可能會出現水溫不穩定的情況，那么也會導致校正的冷卻值產生一定的數據浮動。除此之外恒溫式量熱儀的外筒水溫自身是包含有多個位置溫度的復雜函數，為了能夠進一步保證測量儀器的精準度，需要保證外筒處于一個較為穩定的環境中，才能夠保證計算過程中各項數據的穩定性，這就需要控制量熱室的溫度，GB/T213規定量熱室室溫應保持穩定，溫度在15～30℃，一般化驗室溫度控制在23～26℃之間。

3.3 儀器熱容量標定

準確地對儀器的熱容量進行標定能夠有效地提升發熱量測定的準確度。在實際的儀器熱容量標定的過程中，必須用量熱基準物質標定，盡最大可能保證發熱量計算的精準度。實際標定中多采用苯甲酸，其物理性質穩定，不含水、不含硫分，通常作為量熱基準物質使用。除此之外在進行發熱量測量的過程中，如果出現了內筒水量與標定熱容量水量不同的情況，那么之前所計算好的熱容量不適用于現在發熱量的計算，需要重新標定熱容量。

4 煤化驗室發熱量測定質量的控制策略

4.1 控制室溫

在進行恒溫式量熱儀應用的過程中，需要保證外筒所處環境的穩定，內外筒的溫度變化幅度應當保持在1℃以內，這對于發熱量的測定以及計算的精準度來說極其的重要。為了能夠達到以上的測量環境就必須采取控制室溫措施，需要根據熱容量標定時的溫度來進行控制，國標規定標定熱容量和測定發熱量時的內筒溫度變化不能超過5K。除此之外，需要對內筒水溫進行及時的調節，使終點時的內外筒溫差能夠小于1℃，促使內筒溫度可以出現明顯的下降。第三點是需要將外筒的溫度控制在與室溫接近的范圍之內，以便于進行內外筒溫度的調節，兩者的溫差應當保持在1.5℃之內，且每次發熱量測定時的室溫變化不能超過1℃，量熱室內不能有明顯的熱源，很多電廠的量熱室都安裝空調，但應注意空調的出風口不要正對量熱儀吹，需要調節空調出口風向或安裝空調擋風板，量熱室的窗戶要配有能遮光的窗簾，避免陽光照入影響室溫。

如果進行連續的發熱量測定，那么必定會因內外筒水溫以及外部的氣溫而產生影響，從而也會對最終的測定結果產生影響。針對此種情況，需要根據實驗時的外界環境氣溫、熱容量標定時的室溫進行合適的調節，避免各種外界因素疊加而對室溫產生影響，保持室內溫度始終處于一個水平恒定的情況，使最終的測量結果更加具有參考價值。另外，在實際操作過程中，頻繁的操作勢必會導致內筒和外筒的水溫出現改變，同時也會導致實驗室內的溫度產生變化，這些因素的變化都會導致煤炭發熱量測定結果的不準確，因此在實際操作過程中必須時刻控制溫度，避免打開實驗室的窗戶或者頻繁的走動，做好細節控制，減少實驗誤差，確保測量結果的準確性。

4.2 熱容量的標定

現階段所使用的量熱系統已經具備了較高的自動化技術，但是量熱系統在實際的運轉過程中熱容量是伴隨著環境溫度的變化而變化的，針對此種情況，在測量過程中不能夠都用同一個熱容量，并需要對已經標定好的熱容量進行有效應用范圍的劃分，以及進行溫度范圍的界定，以便于面對不同室溫情況進行合適的熱容量選擇。量熱儀熱容量的標定工作也需要每三個月進行一次，每次標定一般進行5次重復實驗，計算5次重復實驗結果的平均值和相對標準差，其相對標準差不應超過0.20%，若超過0.20%再補做一次實驗，取符合要求的5次結果的平均值，修約至1J/K 作為儀器的熱容量。若任何5次結果的相對標準差都超過0.20%，則應對實驗條件和操作技術仔細檢查并糾正存在問題后重新進行標定，舍棄已有的全部結果。如果熱量計量熱系統沒有顯著改變，重新標定的熱容量值與前一次的熱容量值相差不應大于0.25%，否則應檢查實驗程序，解決問題后再重新進行標定，這里的0.25%的計算方法為兩次標定的熱容量的差值的絕對值除以上一次的熱容量值，在實際計算中需要引起注意。

4.3 控制攪拌器和攪拌速度

攪拌器攪拌不均勻或者是出現故障極有可能導致發熱量測定結果出現誤差，那么在實際的測量過程中應當注意此問題的出現。特別是出現重復計算發熱量以及熱容量浮動的范圍較大，并且出現較大的誤差值，那么就需要對攪拌器進行檢查，如果是攪拌器出現了故障，那么就需要進行及時的維修以及更換。

4.4 規范操作

準確且規范的操作能夠在最大限度地保證測量結果的準確性，并且降低誤差的范圍。首先在測量工作進行之前需要保證此次測量所使用的煤樣具有較強的代表性，在進行稱樣操作之前，將樣品充分混合均勻，對樣品進行多點多次采樣。第二步，需要進一步保證煤樣稱量的準確性，要保持稱量天平的清潔，并且在稱量工作之前進行天平的校準作業。第三點是需要保證氧彈內注入了充足的氧氣，氧氣純度至少99.5%，不含可燃成分，不允許使用電解氧，然后進行氧彈氣密性實驗。第四點，如果測量的對象為不易燃燒完全的煤樣，那么就可以選擇性地使用一些淺底、薄壁燃燒皿并且在底部鋪上一層經過800℃灼燒30min 的石棉絨，如加石棉絨仍燃燒不完全，可提高充氧壓力至3.2MPa，或用已知質量和熱值的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊。對于容易產生飛濺的煤樣，可用已知質量的擦鏡紙進行包裹后再進行測試，或先在壓餅機中壓餅并切成粒度約為2～4mm 的小塊使用。

在煤炭發熱量測定過程中，實驗人員需要提高操作的熟練度，加強對測量儀器的清潔和保養，在測量之前做好天平的調試工作，確保天平讀數的準確性。在實驗過程中，必須嚴格按照規范進行操作，減少疏漏，對測量結果的準確性進行保證。

5 結束語

在實際的煤炭發熱量測定過程中，很多內部以及外部的因素對都會最終的測定結果產生影響，并且煤化驗室的質量管理以及發熱量測定工作是一項長期且精細的工作，這就要求在實際的化驗過程中要嚴格地遵守各項操作規定，對于投入使用的儀器要定期進行檢定、校準、檢查與維護，以及控制煤樣質量、高標準的熱容量標定。對室內溫度進行控制等方法的應用能夠進一步減少發熱量計算過程中誤差，并且保證最終實驗結果的可靠性，為火電廠的經營管理、消耗定額、計劃編制以及發電成本等問題的計算提供有力的數據保障。