孫 亮

（天津國電津能濱海熱電有限公司，天津 300459）

煤炭發(fā)熱量的測定方法始終是發(fā)電行業(yè)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(yīng)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(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的煤炭發(fā)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(guān)因素進行研究分析，并且研究如何通過質(zhì)量控制的應(yīng)用避免一些因素對實驗效果產(chǎn)生影響，從而為火電廠未來的經(jīng)營與發(fā)展提供一個可信的實驗數(shù)據(jù)支撐。

1 恒溫室量熱儀的測量原理

首先需要稱取一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣，將其放置在已經(jīng)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(nèi)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(jiān)測，利用溫度的變化來計算彈筒發(fā)熱量。但是在實際測定過程中存在熱量體系與恒溫環(huán)境之間的熱交換，需要對產(chǎn)生的熱交換數(shù)據(jù)進行計算與修整，才能夠獲得較為準確的煤樣發(fā)熱量。在測熱的過程中恒溫式熱量計的內(nèi)外筒之間存在著一定的熱交換反應(yīng)，針對此種情況就需要進行冷卻校正的應(yīng)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(fā)熱量測量概念

對煤炭的發(fā)熱量進行測定是發(fā)電廠運營過程中一個非常重要的項目，并且該測定所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會對發(fā)電廠的經(jīng)營策略以及技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生非常重要的影響，從技術(shù)層面上來看，煤炭的發(fā)熱量并不單是一項煤質(zhì)特性的指標，需要進一步保證在煤炭發(fā)熱量測定過程中的精準性。

煤炭發(fā)熱量的測量工作現(xiàn)階段使用較為廣泛的方法為氧彈式量熱儀，方法就是稱?。?±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(wěn)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(xù)的氣泡冒出則氣密性合格，然后將氧彈放置在量熱儀內(nèi)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(nèi)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(shù)，只要計算出這個常數(shù)的大小，那么就能夠以此為基礎(chǔ)計算出煤樣的發(fā)熱量。

在實際的煤炭發(fā)熱量測定中有兩種測定發(fā)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(nèi)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(xiàn)階段絕大多數(shù)的火電廠煤炭發(fā)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(fā)熱量的質(zhì)量控制。

3 影響恒溫式量熱儀檢測準確度的因素

3.1 內(nèi)筒水量

恒溫式量熱儀內(nèi)筒水的熱容量在其整個量熱系統(tǒng)中占據(jù)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(nèi)筒的水量，那么測量儀的熱容量將會發(fā)生變化，每一個微小的變化都會對最終結(jié)果的計算產(chǎn)生影響，進一步導(dǎo)致發(fā)熱量的測定結(jié)果不準確。針對此種情況，在實際的發(fā)熱量測定過程中，內(nèi)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(nèi)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(nèi)筒水與外筒水之間產(chǎn)生熱交換是一個不可避免的問題，這種情況的存在會對發(fā)熱量測定的效果產(chǎn)生一定程度的影響，特別是外筒水溫有可能會出現(xiàn)水溫不穩(wěn)定的情況，那么也會導(dǎo)致校正的冷卻值產(chǎn)生一定的數(shù)據(jù)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(fù)雜函數(shù)，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(wěn)定的環(huán)境中，才能夠保證計算過程中各項數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，這就需要控制量熱室的溫度，GB/T213規(guī)定量熱室室溫應(yīng)保持穩(wěn)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(fā)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(zhì)標定，盡最大可能保證發(fā)熱量計算的精準度。實際標定中多采用苯甲酸，其物理性質(zhì)穩(wěn)定，不含水、不含硫分，通常作為量熱基準物質(zhì)使用。除此之外在進行發(fā)熱量測量的過程中，如果出現(xiàn)了內(nèi)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(xiàn)在發(fā)熱量的計算，需要重新標定熱容量。

4 煤化驗室發(fā)熱量測定質(zhì)量的控制策略

4.1 控制室溫

在進行恒溫式量熱儀應(yīng)用的過程中，需要保證外筒所處環(huán)境的穩(wěn)定，內(nèi)外筒的溫度變化幅度應(yīng)當保持在1℃以內(nèi)，這對于發(fā)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(huán)境就必須采取控制室溫措施，需要根據(jù)熱容量標定時的溫度來進行控制，國標規(guī)定標定熱容量和測定發(fā)熱量時的內(nèi)筒溫度變化不能超過5K。除此之外，需要對內(nèi)筒水溫進行及時的調(diào)節(jié)，使終點時的內(nèi)外筒溫差能夠小于1℃，促使內(nèi)筒溫度可以出現(xiàn)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(nèi)，以便于進行內(nèi)外筒溫度的調(diào)節(jié)，兩者的溫差應(yīng)當保持在1.5℃之內(nèi)，且每次發(fā)熱量測定時的室溫變化不能超過1℃，量熱室內(nèi)不能有明顯的熱源，很多電廠的量熱室都安裝空調(diào)，但應(yīng)注意空調(diào)的出風口不要正對量熱儀吹，需要調(diào)節(jié)空調(diào)出口風向或安裝空調(diào)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(xù)的發(fā)熱量測定，那么必定會因內(nèi)外筒水溫以及外部的氣溫而產(chǎn)生影響，從而也會對最終的測定結(jié)果產(chǎn)生影響。針對此種情況，需要根據(jù)實驗時的外界環(huán)境氣溫、熱容量標定時的室溫進行合適的調(diào)節(jié)，避免各種外界因素疊加而對室溫產(chǎn)生影響，保持室內(nèi)溫度始終處于一個水平恒定的情況，使最終的測量結(jié)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(dǎo)致內(nèi)筒和外筒的水溫出現(xiàn)改變，同時也會導(dǎo)致實驗室內(nèi)的溫度產(chǎn)生變化，這些因素的變化都會導(dǎo)致煤炭發(fā)熱量測定結(jié)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(jié)控制，減少實驗誤差，確保測量結(jié)果的準確性。

4.2 熱容量的標定

現(xiàn)階段所使用的量熱系統(tǒng)已經(jīng)具備了較高的自動化技術(shù)，但是量熱系統(tǒng)在實際的運轉(zhuǎn)過程中熱容量是伴隨著環(huán)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(jīng)標定好的熱容量進行有效應(yīng)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(fù)實驗，計算5次重復(fù)實驗結(jié)果的平均值和相對標準差，其相對標準差不應(yīng)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(jié)果的平均值，修約至1J/K 作為儀器的熱容量。若任何5次結(jié)果的相對標準差都超過0.20%，則應(yīng)對實驗條件和操作技術(shù)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(jié)果。如果熱量計量熱系統(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(yīng)大于0.25%，否則應(yīng)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(xiàn)故障極有可能導(dǎo)致發(fā)熱量測定結(jié)果出現(xiàn)誤差，那么在實際的測量過程中應(yīng)當注意此問題的出現(xiàn)。特別是出現(xiàn)重復(fù)計算發(fā)熱量以及熱容量浮動的范圍較大，并且出現(xiàn)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(xiàn)了故障，那么就需要進行及時的維修以及更換。

4.4 規(guī)范操作

準確且規(guī)范的操作能夠在最大限度地保證測量結(jié)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(yè)。第三點是需要保證氧彈內(nèi)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(jīng)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(zhì)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(chǎn)生飛濺的煤樣，可用已知質(zhì)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(fā)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(yǎng)，在測量之前做好天平的調(diào)試工作，確保天平讀數(shù)的準確性。在實驗過程中，必須嚴格按照規(guī)范進行操作，減少疏漏，對測量結(jié)果的準確性進行保證。

5 結(jié)束語

在實際的煤炭發(fā)熱量測定過程中，很多內(nèi)部以及外部的因素對都會最終的測定結(jié)果產(chǎn)生影響，并且煤化驗室的質(zhì)量管理以及發(fā)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(guī)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(zhì)量、高標準的熱容量標定。對室內(nèi)溫度進行控制等方法的應(yīng)用能夠進一步減少發(fā)熱量計算過程中誤差，并且保證最終實驗結(jié)果的可靠性，為火電廠的經(jīng)營管理、消耗定額、計劃編制以及發(fā)電成本等問題的計算提供有力的數(shù)據(jù)保障。