徐巧婉,宋 迎
(1.霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦洗煤廠,山西 霍州 031400;2.霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦,山西 霍州 031400)
發(fā)熱量是動力用煤的主要指標,收到基低位發(fā)熱量是動力用煤計價結算的依據(jù),而儀器的發(fā)熱量標定是進行煤發(fā)熱量測定結果準確性分析工作的前提[1-4]。為了保證標定結果的準確性,要求發(fā)熱量的標定必須在同一天內連續(xù)、不間斷地完成[5-7]。
辛置煤礦選煤廠位于霍州市辛置鎮(zhèn),主要產(chǎn)品為1.0肥精煤、洗混煤以及煤泥。為了更好地滿足客戶需求,對每一批次洗混煤的發(fā)熱量均進行檢測,并將結果及時、準確上傳山西焦煤煤炭銷售管理與監(jiān)督服務中心,便于客戶在第一時間了解和掌握商品煤的質量指標。
發(fā)熱量測定的準確度關鍵在于標定熱容量所能達到的準確度,以及熱容量標定條件與發(fā)熱量測定條件的一致性[8-12]。如果在標定熱容量基本相同的條件下,讓單位質量的試樣在氧彈內充分燃燒,根據(jù)該量熱計的熱容量及內筒水的溫升就可以計算出試樣的發(fā)熱量。重復性試驗的密切吻合,并不一定表示結果準確,可能包括由于熱容量不準確而造成的系統(tǒng)誤差。目前,苯甲酸是最適宜的量熱基準物,而且應當使用經(jīng)國家計量機關鑒定并標明熱值的純度很高的苯甲酸。在充氧氣的氧彈中燃燒一定量已標定熱值的苯甲酸,由點火后產(chǎn)生的總熱量(包括苯甲酸的燃燒熱以及點火絲產(chǎn)生的熱量和生成硝酸放出的熱量)和內筒水溫升高的度數(shù)(做必要校正),求出量熱系統(tǒng)的溫度每升高1K所需要的熱量,單位為J/K。試驗條件和測定方法按照GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測定方法》執(zhí)行,值得注意的是,熱量室安裝有空調,可以很好的保持室溫相對穩(wěn)定,該試驗起始室溫22.3 ℃,終止室溫22.6 ℃;空調不能對著量熱儀吹,而且要等到室溫穩(wěn)定后才能測定。一般空調開啟半小時后,調整外筒水溫與室溫溫差在1.5 K以內方可進行發(fā)熱量測定。標定熱容量時的試驗條件應同測定發(fā)熱量時一致。
時效性:熱容量標定的有效期為3個月,超過此期限應進行復查。如果遇到下列情況,應立即重測:①更換量熱溫度計;②更換熱量計大部件如氧彈蓋、連接環(huán)等,由廠家供給的或自配相同規(guī)格的小部件如氧彈密封圈、電極柱、螺母等不在此列;③測定發(fā)熱量與標定熱容量的終點溫度相差5K以上;④熱量計經(jīng)過較大搬動。如果熱量計的量熱系統(tǒng)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,應檢查試驗程序或儀器設備,解決問題后再重新進行標定。
操作要領:量熱儀隨著溫度的變化,所測出的熱量值會出現(xiàn)不準的現(xiàn)象,這就需要重新標定一下量熱儀的熱容量。5E-AC/PL型自動量熱儀熱容量標定的操作要領如下。①標定前要檢查量熱儀儀器運轉狀態(tài)是否正常,有無故障。檢測主機與電腦等的連接是否完好。連接不好時,會導致點火失敗或點火中斷,影響測試進程;②檢查攪拌器有無故障,攪拌速度是否均勻。如果量熱儀的攪拌器接線部分接觸不良,會導致攪拌速度時快時慢、時停時轉;如果攪拌漿安裝不合適,被卡住而不能自由動作,導致內筒水局部獲得的熱量不能及時均勻散出,則導致熱容量標定結果錯誤;③如需更換大桶水,應按操作程序更換。換后保證自然放置不少于24 h,使其水溫與室溫達到平衡狀態(tài)。如不更換大桶水,則需在試驗前向內桶添加少量水,使溢水口有少量水流出為宜,確保大桶水量充足。一般3個月左右更換一次自動恒溫桶的水,但當發(fā)現(xiàn)桶內水有臟物時,應立即換水,以免造成閥門關閉不嚴,對檢測結果造成影響;④清理氧彈,將氧彈內擋火板、氧彈蓋等處的水垢清理干凈,并用蒸餾水沖洗、晾干。值得注意的是清洗氧彈的水要用與室溫接近的水,以免氧彈的溫度與恒溫桶內的水溫相差太大,而影響下次試驗結果;⑤選用質量大小相差不大的燃燒皿,事先干燥后,放入干燥器中冷卻至室溫,以備用。將氧彈頭掛于氧彈支架上,將裝有試樣的燃燒皿放在架子上,裝好點火絲。需要強調是為了避免因點火絲接觸燃燒皿,形成短路而導致點火失敗,甚至燒毀燃燒皿及架子的事故。裝樣時我們需要將點火絲與試樣保持良好的接觸或保持微小的距離(對易飛濺和易燃的煤樣)。放入氧彈前應仔細確認;⑥選擇使用苯甲酸時,應選用經(jīng)計量部門檢定合格的基準量熱物,并保證苯甲酸干燥且表面無污染,重量在0.9~1.1 g范圍內。注意苯甲酸的純度,在壓片及操作過程中不要將其玷污。因為片狀的苯甲酸吸水后比粉狀的干燥還困難,所以,從商家購買的已壓制成片的苯甲酸,買來后應放入干燥器中,以免吸水;⑦充氧。向上拉動“活動套”將手持式充氧儀套在氧彈頭上,然后放下活動套,鎖牢充氧儀,用手指推動“推桿”,即自動充氧,待充氧儀上壓力表指針穩(wěn)定后保證有足夠的充氧時間,不得少于15 s。當氧氣瓶中壓力降到5.0 MPa以下時,充氧時間應酌量延長,壓力降到4.0 MPa以下時,應更換氧氣;⑧裝樣過程中點火絲殘留物清理干凈。要確保點火絲綁好后與接線柱接觸良好,點火絲緊貼苯甲酸表面放置;⑨氧彈充氧完成后要檢測氧彈是否漏氣。檢測方法為:充氧結束后,將氧彈放入裝滿水的大容器中,水面以過氧彈為宜,看氧彈上有無氣泡冒出,若無即可判定氧彈不漏氣。可進行下一步試驗。以上操作過程應盡量減少氧彈振動,以免點火絲和燃燒皿的位置因受振動而改變,毀壞燃燒皿或造成點火失敗;⑩氧彈放入內筒前要用專用毛巾擦干凈,防止桌面上的點火絲等雜物帶入內桶,造成內桶出水口阻塞。放入氧彈后,輕輕蓋上內桶蓋子,進入試驗。
精密度和準確度要求:5次苯甲酸測試結果的相對標準差不大于0.20%;標準煤樣的測試結果與標準值之差都在不確定度范圍內;或者用苯甲酸作為樣品進行5次熱值測定,其平均值與標準熱值之差不超過50 J/g。如果熱量計的量熱系統(tǒng)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大于0.25%。
自動量熱儀熱容量標定:一般在開始試驗前,先進行預熱試驗,使量熱儀系統(tǒng)的水達到均勻。選擇“開始測試”菜單,先行預熱3次。點擊系統(tǒng)設置菜單,輸入苯甲酸熱值26 445 J/g,測量內容設置為苯甲酸標熱容量,點擊保存退出。試驗連續(xù)5次苯甲酸標熱容量,計算5次熱容量平均值為10 099 J/K,見表1;相對標準偏差為0.049%,遠遠小于0.20%。熱量計的量熱系統(tǒng)沒有顯著改變,經(jīng)查得前一次的熱容量值10 105 J/K,計算重新標定的熱容量值與前一次相差100×(10 099-10 105)/10 105=-0.06%<0.25%。符合熱量計的測量精密度和準確度的要求。即該儀器的熱容量10 099 J/K,保存結果。
表1 計算5次熱容量的平均值
苯甲酸反標定:點擊系統(tǒng)設置菜單,測量內容設置為發(fā)熱量,查看儀器熱容量10 099 J/K,點擊保存退出。同樣計算5次苯甲酸熱值,得平均熱值為26 470-40=26 430 J/g,其中,40 J/g為硝酸生成熱值,見表2;26 445-26 430=15 J/g<50 J/g,符合熱量計的測量精密度和準確度要求。
表2 苯甲酸反標定的彈筒發(fā)熱量
標準煤樣發(fā)熱量標定及測試:①標樣BGW11101干基高位發(fā)熱量標準值為32.11±0.13 MJ/kg,實際測試結果報出值為32.04 MJ/kg,在誤差范圍內偏低0.07 MJ/kg;②標樣BGW11105干基高位發(fā)熱量標準值為26.24±0.16 MJ/kg,實際測試結果報出值為26.09 MJ/kg,在誤差范圍內偏低0.15 MJ/kg;③試驗煤樣。干基高位發(fā)熱量標準值為33.095 MJ/kg、33.088 MJ/kg,平均值為33.092 MJ/kg,報出值為33.09 MJ/kg。標準煤樣發(fā)熱量標定以及試驗煤樣發(fā)熱量測試數(shù)據(jù)見表3。
表3 標準煤樣發(fā)熱量標定以及試驗煤樣發(fā)熱量測試
測試實例:華能武漢發(fā)電及國電駐馬店熱電動力煤發(fā)熱量檢測結果見表4。商品煤質量鑒定單中洗混煤的發(fā)熱量通常以收到基低位報出,表4中取收到基低位發(fā)熱量的2次結果平均值,并按“四舍六入五單雙”原則,把個位數(shù)字修約到41.87 J/g的倍數(shù)報出。則華能武漢發(fā)電廠收到的基低位發(fā)熱量為17 376.05 J/g,國電駐馬店熱電廠收到的基低位發(fā)熱量為17 129.8 J/g。
表4 華能武漢發(fā)電及國電駐馬店熱電動力煤發(fā)熱量
存在的誤區(qū):日常工作中對煤的發(fā)熱量測定方法的精密度存在以下誤區(qū)。①誤區(qū)1,重復性、再現(xiàn)性基準誤區(qū)。通常,我們將洗混煤商品煤的收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar(cal/g)作為最終結算指標。在實際檢測時往往忽略了以空氣干燥基高位發(fā)熱量Qgr,ad(J/g)、干燥基高位發(fā)熱量Qgr,d(J/g)基準判斷,而直接把收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar(cal/g)試驗結果作為基準判斷重復性、再現(xiàn)性;②誤區(qū)2。洗混煤商品煤的發(fā)熱量報出結果(最終結算指標)為收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar(cal/g),單位為cal/g,而不是國標中規(guī)定的高位發(fā)熱量的單位J/g。高位發(fā)熱量(J/g)的重復性限120,高位發(fā)熱量(cal/g)的重復性限29,同一基準在單位不同的情況下相差91。高位發(fā)熱量(J/g)的再現(xiàn)性臨界差300,高位發(fā)熱量(cal/g)的再現(xiàn)性臨界差72,同一基準在單位不同的情況下相差228。表5為發(fā)熱量測定的重復性限和再現(xiàn)性臨界差的規(guī)定。
表5 發(fā)熱量測定的重復性限和再現(xiàn)性臨界差的規(guī)定
差值計算:因此,判別發(fā)熱量測定的重復性限和再現(xiàn)性臨界差時,應注意以空氣干燥基高位發(fā)熱量Qgr,ad(J/g)、干燥基高位發(fā)熱量Qgr,d(J/g)作為基準判斷依據(jù),同時強調發(fā)熱量的單位是(J/g)。收到基煤的恒容低位發(fā)熱量的計算方法見式(1)
(1)
式中,Qnet,v,ar—收到基煤的恒容低位發(fā)熱量,J/g;Qgr,v,ad—空氣干燥基煤樣的恒容高位發(fā)熱量,J/g;Mt—收到基煤樣的全水分,%;Mad—空氣干燥基煤樣水分,%;Had—空氣干燥基煤樣氫含量,%。
假設某煤樣的空氣干燥基煤樣的恒容高位發(fā)熱量第1次檢測結果為Qgr,v,ad1,第2次檢測結果為Qgr,v,ad2,由上述公式可以得出2次檢測結果的差值Δ=Qgr,v,ad1-Qgr,v,ad2=Qnet,v,ar1-Qnet,v,ar2。由此得出,空氣干燥基煤樣的恒容高位發(fā)熱量的差值應該是收到基煤的恒容低位發(fā)熱量的差值,則最終結算指標收到基煤的恒容低位發(fā)熱量各單位基準的精密度要求范圍,應該與恒容高位發(fā)熱量各單位基準的精密度要求范圍一致。
5E-AC/PL型自動量熱儀采用自動平衡定量技術,使儀器整個工作過程采用自動控制,內外桶熱交換自動補償,測試結果能自動修正,測試結果精密度高。辛置煤礦洗煤廠化驗室自使用自動量熱儀以來,極大提高了商品煤發(fā)熱量檢測精確度,滿足了用戶對產(chǎn)品的要求,減少了商務糾紛,為企業(yè)和用戶創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟價值和社會價值。