張慧然,郭 翠
(國家能源泰安熱電有限公司,山東 泰安 271000)
電廠燃煤工業(yè)分析是入廠煤和入爐煤的常規(guī)檢驗項目,是總體上評價煤質(zhì)和合理利用煤炭資源的基本依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定它們均應(yīng)采用經(jīng)典的干燥和灼燒法測定,但比較費時費力,難以滿足電廠及時控制煤質(zhì),指導(dǎo)鍋爐燃燒的要求。為了提高檢測效率,很多電廠采用全自動工業(yè)分析儀,簡稱“工分儀”。
5E-MAG6600B全自動工業(yè)分析儀,有兩個測試部分組成,一部分專門測試揮發(fā)分,另一部分測試水分和灰分,可同時或單獨工作。工作過程中不需要更換坩堝或揭蓋,放完煤樣,就可無人值守,自動得到水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的結(jié)果。該設(shè)備采用熱天平技術(shù),在同一環(huán)境下用空白坩堝進(jìn)行浮力效應(yīng)校正,保證稱量精準(zhǔn),測定結(jié)果準(zhǔn)確。
采用DL/T1030—2006《煤的工業(yè)分析自動儀器法》中的標(biāo)準(zhǔn)法。
在淺壁坩堝中稱取0.5~1.1 g粒度小于0.2 mm的空氣干燥基煤樣,攤平,置于工分儀的加熱爐內(nèi),在105℃烘干15 min。根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算出水分的百分含量。然后,將煤樣繼續(xù)加熱到(500±10)℃,預(yù)熱 30 min,按規(guī)定速度加熱到(815±10)℃,灼燒60 min,以殘留物的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為灰分。
在揮發(fā)分坩堝中稱取0.9~1.0 g上述空氣干燥基煤樣,均勻攤平在坩堝底部,在(900±10)℃下加熱7 min,以減少質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)減去該煤樣空氣干燥基水分作為揮發(fā)分。
影響工業(yè)分析結(jié)果準(zhǔn)確度的因素有環(huán)境因素、人為因素和設(shè)備因素等。在實際工作中,坩堝的儲存條件對測定結(jié)果準(zhǔn)確度有一定影響,尤其是在空氣濕度大時,此影響尤為明顯。
2018年8月15日和16日,連續(xù)下了2天雨,空氣濕度比較大。煤化驗人員發(fā)現(xiàn)工業(yè)分析標(biāo)煤測定結(jié)果準(zhǔn)確度較差,為了進(jìn)行原因分析,用標(biāo)煤GBW11109m和GBW11111L又做了2次實驗。
實驗人員用1號工分儀進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)灰分儀空白坩堝位置缺少2個坩堝(平時坩堝均在灰分儀內(nèi)坩堝架上放置),就從馬弗爐中取出2個經(jīng)過920℃高溫灼燒過的坩堝,將其補上。其他坩堝在前一天只做過水分(105℃烘干),而且灰分儀不是完全密封的,與空氣有一定接觸,因此會吸收一定量的水分。測定揮發(fā)分所用坩堝全部從馬弗爐中取出,比較干燥。以下實驗均取下雨之前5天的內(nèi)水平均值作為假定標(biāo)準(zhǔn)值,與實驗當(dāng)天所測內(nèi)水進(jìn)行比較。分析結(jié)果見表1。
表1 1號工分儀GBW11109m實驗結(jié)果%
結(jié)果顯示,所有煤樣內(nèi)水均較高。由于空氣濕度大,故認(rèn)為是煤樣含水量高。但標(biāo)煤GBW11109m測定結(jié)果顯示,內(nèi)水偏高,灰分和揮發(fā)分均超出不確定度范圍,但是精密度符合國標(biāo)要求。
為查找1號工分儀測定結(jié)果不準(zhǔn)確的原因,用2號工分儀對GBW11109m和GBW11111L進(jìn)行分析。
坩堝的存放條件:灰分坩堝全部在灰分儀內(nèi),儲存條件一致。揮發(fā)分空白坩堝在揮發(fā)分儀內(nèi),其余坩堝在無蓋的托盤內(nèi)。揮發(fā)分儀爐門關(guān)閉,是一個相對密封的空間,坩堝吸收水分較少。無蓋托盤內(nèi)的坩堝,完全暴露在空氣中,而且存放時間較長,吸收水分較多。分析結(jié)果見表2。
表2 2號工分儀GBW11109m和GBW11111L實驗結(jié)果 %
結(jié)果顯示,所測內(nèi)水比1號工分儀低,與下雨前數(shù)值接近;灰分準(zhǔn)確度和精密度均較高;揮發(fā)分精密度較高,但準(zhǔn)確度較低,測定值均超出不確定度范圍。
用1號工分儀對GBW11109m和GBW11111L進(jìn)行分析。
坩堝存放條件:揮發(fā)分坩堝全部從馬弗爐中取出,灰分坩堝全部在灰分儀內(nèi)存放,即測同一項目的坩堝,儲存條件一致。分析結(jié)果見表3。
表3 1號工分儀GBW11109m和GBW11111L實驗結(jié)果%
結(jié)果顯示,內(nèi)水含量與下雨前平均值接近,灰分和揮發(fā)分準(zhǔn)確度和精密度均較高。
對以上3次實驗的測定條件進(jìn)行比較,初步判斷前兩次數(shù)值異常是由空白坩堝和測樣坩堝儲存條件不一致造成的。
為驗證以上判斷結(jié)果的正確性,做了下面的對比實驗。本組實驗選用GBW11105i和GBW11109p兩種標(biāo)煤,一部分坩堝在潮濕環(huán)境中放置24 h,另一部分坩堝在干燥器內(nèi)放置。將實驗當(dāng)天(天氣晴朗)正常測試所得內(nèi)水假定為內(nèi)水標(biāo)準(zhǔn)值。
灰分儀空白坩堝位置放置潮濕坩堝,測樣位置放置干燥坩堝,測定揮發(fā)分全部用干燥坩堝,對2種標(biāo)煤各做2個平行樣,分析結(jié)果見表4。
表4 灰分空白坩堝潮濕時GBW11105i和GBW11109p實驗結(jié)果 %
由以上數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)灰分空白坩堝潮濕,測樣坩堝干燥時,分析結(jié)果內(nèi)水偏小,灰分、揮發(fā)分偏大,精密度均較高。
揮發(fā)分儀空白坩堝位置放置潮濕坩堝,測樣位置放置干燥坩堝,測定灰分全部用干燥坩堝,對2種標(biāo)煤各做2個平行樣,分析結(jié)果見表5。
表5 揮發(fā)分空白坩堝潮濕時GBW11105i和GBW11109p實驗結(jié)果 %
由以上數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)揮發(fā)分空白坩堝潮濕,測樣坩堝干燥時,分析結(jié)果內(nèi)水和灰分準(zhǔn)確,揮發(fā)分偏小,精密度均較高。
灰分儀空白坩堝位置放置干燥坩堝,測樣位置放置潮濕坩堝,測定揮發(fā)分全部用干燥坩堝,對2種標(biāo)煤各做2個平行樣,分析結(jié)果見表6。
表6 灰分測樣坩堝潮濕時GBW11105i和GBW11109p實驗結(jié)果 %
由以上數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)灰分測樣坩堝潮濕,其他坩堝干燥時,分析結(jié)果內(nèi)水偏大,灰分、揮發(fā)分偏小,精密度均較高。
揮發(fā)分儀空白坩堝位置放置干燥坩堝,測樣位置放置潮濕坩堝,測定灰分全部用干燥坩堝,對兩種標(biāo)煤各做兩個平行樣,分析結(jié)果見表7。
表7 揮發(fā)分測樣坩堝潮濕時GBW11105i和GBW11109p實驗結(jié)果 %
由以上數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)揮發(fā)分測樣坩堝潮濕,其他坩堝干燥時,分析結(jié)果內(nèi)水和灰分準(zhǔn)確,揮發(fā)分偏大,精密度均較高。
測定灰分和揮發(fā)分均用潮濕坩堝,對2種標(biāo)煤各做2個平行樣,分析結(jié)果見表8。
表8 所用坩堝均潮濕時GBW11105i和GBW11109p實驗結(jié)果 %
由以上數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)所有坩堝吸潮程度一樣時,對測定結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度無影響。
在燃煤工業(yè)分析中,常溫實驗室稱量條件下,通常忽略空氣浮力對物體質(zhì)量的影響。在熱作用下不發(fā)生變化的物體,加熱時,由于受到氣體密度、氣體流量、溫度和相對濕度變化等因素的影響,相對于常溫實驗室稱量條件,物體的質(zhì)量產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為浮力效應(yīng)??瞻综釄宓淖饔檬沁M(jìn)行浮力效應(yīng)校正。
工業(yè)分析浮力效應(yīng)校正經(jīng)驗公式為
此公式可變形為
式中:mf為加熱并經(jīng)浮力效應(yīng)校正后的樣品和坩堝質(zhì)量,g;ma為室溫下空白坩堝質(zhì)量,g;mt為測定溫度下空白坩堝質(zhì)量,g;mst為測定溫度下帶樣坩堝質(zhì)量,g。
在測定溫度下,由于水分全部蒸發(fā),所以,mt和mst不受測樣前坩堝濕度的影響。
由式(2)可以看出,當(dāng)空白坩堝潮濕,含水量大于測樣坩堝時,ma相對增加,mt和mst不受影響,故mf增大;當(dāng)空白坩堝干燥,而測樣坩堝潮濕時,相對于測樣坩堝而言,空白坩堝質(zhì)量減小,即ma相對減小,mt和 mst不受影響,故 mf減小。
4.2.1 空氣干燥基煤樣水分(內(nèi)水)
式中:Mad為空氣干燥基水分,%;m0為室溫下空坩堝質(zhì)量,g;m1為加熱前樣品和坩堝的質(zhì)量,g;m2為加熱干燥并經(jīng)校正浮力效應(yīng)值后樣品和坩堝的質(zhì)量,g。
4.2.2 空氣干燥基煤樣灰分
式中:Aad為空氣干燥基煤樣灰分,%;m3為灰化后并經(jīng)校正浮力效應(yīng)值后樣品和坩堝的質(zhì)量,g。
4.2.3 空氣干燥基煤樣揮發(fā)分
式中:Vad為空氣干燥基煤樣揮發(fā)分,%;m4為室溫下帶蓋空坩堝質(zhì)量,g;m6為加熱后經(jīng)校正浮力效應(yīng)值后樣品和坩堝的質(zhì)量,g。
空白坩堝與測樣坩堝含水量不一致,會對浮力效應(yīng)校正值的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響,從而影響水分、灰分、揮發(fā)分復(fù)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。
4.3.1 灰分空白坩堝潮濕
灰分空白坩堝潮濕,式(3)中m2增大,Mad減小;式(4)中 m3增大,Aad增大;式(5)中 Mad減小,Vad增大。
4.3.2 灰分測樣坩堝潮濕
灰分測樣坩堝潮濕,式(3)中m2減小,Mad增大;式(4)中 m3減小,Aad減??;式(5)中 Mad增大,Vad減小。
4.3.3 揮發(fā)分空白坩堝潮濕
揮發(fā)分空白坩堝潮濕,式(3)和(4)不受影響,式(5)中 m6增大,Vad減小。
4.3.4 揮發(fā)分測樣坩堝潮濕
揮發(fā)分測樣坩堝潮濕,式(3)和(4)不受影響,式(5)中 m6減小,Vad增大。
以上推理結(jié)果顯示,影響趨勢與實驗數(shù)據(jù)結(jié)果一致。
空白坩堝與測樣坩堝儲存條件不一致,對測定結(jié)果造成的影響趨勢匯總見表9。
表9 影響趨勢匯總表
坩堝濕度不同影響測定結(jié)果準(zhǔn)確度的根本原因是,此種情況會引起浮力效應(yīng)校正值發(fā)生偏差。
在空氣濕度較大時,如果測定灰分所用空白坩堝和測樣坩堝的儲存條件不一致,將影響一整爐煤樣水分、灰分和揮發(fā)分測定結(jié)果的準(zhǔn)確度;如果測定揮發(fā)分所用空白坩堝和測樣坩堝的儲存條件不一致,將影響一整爐煤樣揮發(fā)分測定結(jié)果的準(zhǔn)確度,但水分和灰分不受影響。
所以,為了減少坩堝的吸潮性不一致對測定結(jié)果的影響,當(dāng)測樣完畢后,應(yīng)將坩堝清理干凈,儲存在干燥器內(nèi)。另外,在購買坩堝時,應(yīng)盡量選擇材料和質(zhì)量相同的坩堝,以保證各坩堝的吸潮性相同,保證煤質(zhì)化驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠,為鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供可靠保障。