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        煤中碳硫同步檢測(cè)儀器設(shè)備需求探討

        2020-05-18 02:43:35王光普梁瑞玲李冠龍王亞梅
        科技視界 2020年7期
        關(guān)鍵詞:儀器設(shè)備標(biāo)定紅外

        王光普 梁瑞玲 李冠龍 王亞梅

        摘 要

        目前碳硫同步檢測(cè)技術(shù)在煤炭檢測(cè)領(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用研究較少,本文探討了煤中碳硫同步檢測(cè)技術(shù)的可行性,并提出煤中碳硫同步檢測(cè)儀器設(shè)備的需求,同時(shí)根據(jù)該需求探索了目前適用于煤中碳硫同步檢測(cè)的儀器設(shè)備,表明碳硫同步檢測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于煤炭檢測(cè),尤其是發(fā)電企業(yè)入爐煤檢測(cè)中,且目前有相應(yīng)的設(shè)備可滿足煤中碳硫同步檢測(cè),具有較好的應(yīng)用前景。

        關(guān)鍵詞

        煤;碳硫同步檢測(cè);需求

        中圖分類號(hào): ?TQ533 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.083

        0 前言

        目前碳硫同步檢測(cè)技術(shù)在煤炭檢測(cè)領(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用研究較少,也無(wú)相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。國(guó)內(nèi)煤中碳元素的檢測(cè)方法主要包括《煤中碳?xì)涞臏y(cè)定 ?儀器法》(以下簡(jiǎn)稱“GB/T 30733-2014”)、《燃料元素的快速分析方法》(以下簡(jiǎn)稱“DL/T 568-2013”)和《煤中碳和氫的測(cè)定方法》(以下簡(jiǎn)稱“GB/T 476-2008”)。國(guó)外則主要包括《Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon,Hydrogen,and Nitrogen in Laboratory Samples of Coal and Coke》(以下簡(jiǎn)稱“ASTM D5373-2002”)、《Solid mineral fuels -Determi na tion of total carbon,hydrogen and nitrogen content-Instrumental method》(以下簡(jiǎn)稱“ISO 29541-2010”)、《Standard Practice for Ultimate Analysis of Coal and Coke》(以下簡(jiǎn)稱“ASTM D3176-1989(2002)”)。

        按“GB/T 30733-2014”、“DL/T 568-2013”、“ASTM D5373-2002”和“ISO 29541 -2010”檢測(cè)煤中碳元素的儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行成本相對(duì)較高,檢測(cè)耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng),不適用頻次高的入爐煤檢測(cè)工作;按“GB/T 476-2008”和“ISO 29541-2010”要求的儀器設(shè)備和檢測(cè)過(guò)程更為繁復(fù),效率相對(duì)更低。

        1 煤中碳硫同步檢測(cè)需求

        我國(guó)未來(lái)將啟動(dòng)全國(guó)碳交易市場(chǎng)[1]。當(dāng)前,由于檢測(cè)方法、儀器設(shè)備、運(yùn)行維護(hù)等原因,發(fā)電企業(yè)目前無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確地掌控其化石燃料(如煤炭)燃燒排放的二氧化碳(發(fā)電企業(yè)溫室氣體)數(shù)量。原因是現(xiàn)有檢測(cè)方法耗時(shí)長(zhǎng),無(wú)專門(mén)的檢測(cè)設(shè)備,工作量大,重復(fù)工作多,樣品代表性差等。由于環(huán)境要求,火力發(fā)電企業(yè)每個(gè)班次需檢測(cè)入爐煤全硫,若能在檢測(cè)全硫的同時(shí)檢測(cè)入爐煤中的碳,實(shí)現(xiàn)碳和全硫的同步檢測(cè),在不新增人力成本的前提下,在同一臺(tái)設(shè)備、對(duì)同一個(gè)樣次同步檢測(cè)煤中的總碳和全硫,降低檢測(cè)成本,提高檢測(cè)速度,確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠,從而精準(zhǔn)的掌控每一班次的碳排放量,因此急需探索煤中碳硫同步檢測(cè)的儀器設(shè)備。

        2 煤中碳硫同步檢測(cè)原理可行性

        煤炭燃燒主要產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、鹵化氫以及水等。CO2吸收紅外線光譜范圍:2.7um,4.26um;SO2吸收紅外線光譜范圍:4um,7.45um,8.7um;H2O吸收紅外光譜范圍:3.4um,1.62um,NO2吸收紅外光譜范圍:3.4um。碳檢測(cè)可采用波長(zhǎng)為2.7um的CO2吸收紅外線光譜,硫檢測(cè)可采用波長(zhǎng)為8.7um的SO2吸收光譜。為了避免水分紅外光譜對(duì)CO2吸收紅外線光譜的干擾,檢測(cè)前除去水分,即可實(shí)現(xiàn)碳硫同步檢測(cè)的目的。

        綜合以上,本項(xiàng)目采用紅外光譜法來(lái)檢測(cè)煤炭燃燒產(chǎn)物中二氧化碳和二氧化硫的總量。具體原理為:試樣在高溫和氧氣流中充分燃燒,煤中的碳和硫完全燃燒生成二氧化碳和二氧化硫,利用二者紅外光譜吸收波長(zhǎng)的不同,采用兩個(gè)特定波長(zhǎng)的紅外檢測(cè)器分別檢測(cè)二氧化碳和二氧化硫的總量,從而計(jì)算試樣中碳和全硫的含量,見(jiàn)圖1。

        3 煤中碳硫同步檢測(cè)設(shè)備要求

        結(jié)合現(xiàn)有方法以及儀器設(shè)備的弊端,本項(xiàng)目提出儀器設(shè)備技術(shù)要求,該設(shè)備需滿足以下條件:

        (1)加熱元件(不可采用高頻感應(yīng)爐)可升溫到1500℃,可靠耐用,滿足樣品燃燒條件。

        (2)采用紅外光譜吸收檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)煤中的碳和硫;該檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)范圍可覆蓋(0~100)%的碳,以及(0~15)%的硫。

        (3)只用氧氣(助燃?xì)猓?,不再使用如高純氮?dú)庖约鞍嘿F的高純氦氣,降低成本。

        (4)裝填煤樣的容器可重復(fù)使用,摒棄一次性、成本高、耗量大的錫箔杯。

        (5)樣品檢測(cè)分析時(shí)間縮短,每樣次檢測(cè)耗時(shí)控制在(2~3)分鐘內(nèi)。

        (6)氣密性良好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

        (7)可實(shí)現(xiàn)手工單個(gè)進(jìn)樣或全自動(dòng)批量進(jìn)樣。

        4 煤中碳硫同步檢測(cè)設(shè)備探尋

        結(jié)合以上要求,調(diào)研了具備該技術(shù)要求的儀器設(shè)備廠商,包括A公司和B公司的碳硫同步檢測(cè)設(shè)備,對(duì)二者特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

        經(jīng)考察,兩廠商生產(chǎn)的儀器設(shè)備均是在原先檢測(cè)鋼鐵中的碳和硫的含量的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)升級(jí),從而適宜檢測(cè)煤中碳硫含量的檢測(cè),二者均具備以上技術(shù)要求。但A公司設(shè)備經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)考察后發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題:

        (1)原部件過(guò)于煩瑣,成本較高。

        (2)自動(dòng)送樣器無(wú)法將坩堝準(zhǔn)確送到進(jìn)樣桿上,經(jīng)常掉樣。

        (3)氧氣開(kāi)啟不明確。氧氣開(kāi)啟有信號(hào)燈,但是該信號(hào)燈無(wú)相應(yīng)標(biāo)識(shí),且在軟件中無(wú)氧氣是否開(kāi)啟的提示。

        (4)軟件中無(wú)基準(zhǔn)換算的界面和程序。由儀器檢測(cè)出的基準(zhǔn)為空氣干燥基碳或硫,無(wú)轉(zhuǎn)換為干燥基的界面和程序。

        (5)打開(kāi)樣品質(zhì)量稱量界面的過(guò)程較為復(fù)雜。

        (6)標(biāo)定時(shí)碳和硫元素?zé)o法直接換算為干燥基,標(biāo)定時(shí)需將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值換算為空氣干燥基再進(jìn)行標(biāo)定,過(guò)程較為復(fù)雜。

        (7)標(biāo)定后的曲線擬合方式與目前國(guó)標(biāo)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求不符。其標(biāo)定后隨意舍棄標(biāo)定時(shí)的檢測(cè)值,與統(tǒng)計(jì)方法要求不符。

        (8)儀器設(shè)備氣體流動(dòng)需要空氣泵,采用氣瓶壓差也可實(shí)現(xiàn)空氣流動(dòng)的功能,成本較大。

        因此,B公司的設(shè)備無(wú)A公司設(shè)備發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。同時(shí)具有以下特點(diǎn):

        (1)原部件簡(jiǎn)潔,成本較低。

        (2)測(cè)定范圍:S:0.01%~10%(可拓展);C:0.5~100%。

        (3)測(cè)試方法:紅外吸收法。

        (4)分析時(shí)間:60-300s。平均120s。

        (5)測(cè)試精密度:0.005mg。

        (6)溫度:高溫爐是硅碳管加熱爐,600-1400℃±1%的設(shè)定值誤差;恒溫室:45~50℃。誤差不超過(guò)設(shè)定值的±0.3℃。

        (7)電源要求:?jiǎn)蜗嘟涣鰽C220V~,50/60Hz,20A。

        (8)環(huán)境條件:操作溫度為-5℃到40℃,相對(duì)濕度20%-80%,無(wú)結(jié)露。

        (9)試樣個(gè)數(shù):一次性≤60個(gè),循環(huán)測(cè)試、循環(huán)放樣。

        因此,B公司的設(shè)備可用于煤中碳硫同步檢測(cè)。

        5 結(jié)論

        碳硫同步檢測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于煤炭檢測(cè),尤其是發(fā)電企業(yè)入爐煤檢測(cè)中,且目前有相應(yīng)的設(shè)備可滿足煤中碳硫同步檢測(cè)。煤中碳硫同步檢測(cè)可在不新增人力成本的前提下,在同一臺(tái)設(shè)備、對(duì)同一個(gè)樣次同步檢測(cè)煤中的總碳和全硫,降低檢測(cè)成本,提高檢測(cè)速度,確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠,從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的掌控企業(yè)碳排放量,具有較好的應(yīng)用前景。

        參考文獻(xiàn)

        [1]覃濤. H燃煤發(fā)電公司基于碳排放權(quán)交易的應(yīng)對(duì)策略研究[D].浙江:浙江工業(yè)大學(xué),2017.

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