影响煤质发热量测定的因素及其应对措施分析

陶丽　张琦

摘要：文章通过了解热量计的结构、工作流程及测定原理，从影响发热量测定的因素如测量设备、人员操作、一般分析煤样及数据处理等方面进行分析。经过采取合理有效的措施，保证入厂煤发热量测定结果准确可靠。

关键词：商品煤；煤质量评价；发热量测定；热量计；煤质计价 文献标识码：A

中图分类号：TQ533 文章编号：1009-2374（2015）12-0155-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.077

1 概述

发热量是商品煤煤质量评价的主要指标，是电厂煤质计价的依据，也是发电煤耗的计算根据，是电厂经济指标的主要参数。河津发电分公司装机容量为130MW，年用煤量超过400万吨，如果在入厂煤的验收中，发热量测定结果偏高50～100J/g，每年的经济损失可达到400万元到800万元。因此，电厂入厂煤质验收中，煤的发热量检验就显得尤为重要，认真分析影响煤质发热量的测定因素并采取相应措施，才可以使测定结果准确

可靠。

2 恒温式自动热量计的结构及工作流程

河津发电分公司入厂煤验收中使用的是恒温式自动热量计。该设备的工作流程：将装好煤样并充有过量氧气的氧弹放置在热量计的内筒并盖好盖子，磁力泵从备用水箱中抽水装满定量容器，定量后的水进入内筒，搅拌器可以使内筒水温保持均匀。煤样在点火燃烧后放出热量，通过氧弹传递到内筒水中，根据点火前后内筒水温的升高及热量计的热容量，计算出煤的发热量。试验结束后内筒水返回到备用水箱，一次试验完成。

3 发热量测定原理

发热量测定原理是：称取一定量的标准量热物质苯甲酸至于氧弹中，氧弹充以一定压力的氧气，苯甲酸在氧弹内完全燃烧，所释放的热量使得热量计量热体系温度升高。量热体系包括内筒及水，浸没于水中的氧弹、搅拌器、温度计等部分。根据牛顿冷却定律，将燃烧过程中量热系统与恒温环境之间的热交换进行修正，就可以计算出热量计的热容量E。即量热体系升高1℃所吸收的热量，单位J/g。

E=（QM+q1+qn）/[（Tn-To）+C]

式中：

Q——标准苯甲酸的热值J/g

M——标准苯甲酸的质量g

Tn——量热体系的终点温度℃

To——量热体系的起点温度℃

C——冷却校正值，℃

q1——点火热，J

qn——其他附加热，J

4 影响发热量测定因素分析及处理措施

4.1 仪器对发热量影响及处理措施

4.1.1 内筒水量对发热量影响。国标规定：内筒水量在所有试验中保持相同，相差不超过0.5g。量热仪的内筒水量是通过定量容器进行计量，这种方式相对来说体积基本恒定。由于试验过程中内筒水吸收燃料燃烧释放的热量，试验结束后内筒水返回到备用水箱，随着试验次数的增加，备用水箱水温也会增加，备用水箱水量是内筒水水量的20倍，连续10个试验，备用水箱水温就会升高1℃。由于环境温度和试样放出热量使水温升高而影响内筒水量的变化，从而影响煤的发热量结果。

处理措施：在热量计室通过暖气和空调调节室内温度保持在23℃～25℃范围，并根据季节和温度变化，通过热容量的标定来减少对煤的发热量影响；在试验过程中，做完一次测试后，应将仪器盖子打开，停放5分钟左右，再开始进行第二次试验；连续做5个煤样后，应将仪器散热半个小时，重新开始试验，避免由于内筒水温升高影响内筒水量。

4.1.2 温度计对发热量影响。根据发热量测定原理可知，测准发热量的关键在于测准内筒的温升。热量计配用的铂电阻温度计，其技术要求是能测准到1/100℃，估读到1/1000℃。这种温度计存在着电阻与温度的线性关系和平均分度值问题和老化的问题。

处理措施：应选用精准度和灵敏度高的温度计，定期对温度计进行校验，杜绝使用不合格的温度计。

4.1.3 热量计测试时间对发热量影响。恒温式热量计在测定发热量过程中，它的内外筒之间始终存在热交换，冷却校正值就是为了校正热交换。冷却校正公式如下：

C=nV0+（Vn-V0）/（Tn-T0）×[∑ln-1Ti+（T0+Tn）/2-nT0]

式中：

C——冷却校正值，单位为开尔文（K）

n——由点火到终点的时间，单位为分（min）

V0——点火时内外筒温差的内筒降温速度，单位为开尔文每分（K/min）

Vn——终点时内外筒温差的内筒降温速度，单位为开尔文每分（K/min）

T0——点火时内筒温度，单位开尔文（K）

Tn——终点时内筒温度，单位开尔文（K）

Ti——主期内第i分钟时的内筒温度

由于温度和时间在发热量测试过程中仪器可以准确进行读数，所以冷却校正值很大程度上是与点火前内筒降温速度和终点后内筒降温速度有关，准确测定这两个数值，就需要热量计延长实验初期和末期的测试时间。现在很多设备厂家为了缩短实验周期，在设计中缩短了初期时间和去掉了末期试验过程，采用经验数值，这样就降低了发热量测试的精准度。

处理措施：在选用设备时，要注意冷却校正公式数值的采集方式，一个煤样发热量的测试时间应控制在20分钟以上。

4.2 人员操作对发热量影响及处理措施

4.2.1 天平称量对发热量影响。不论是热容量标定或煤样的发热量测试，都需要准确的物质重量，如果一个电子天平在对1g重的物质实际称量结果为0.9975g，在热容量测试过程中，热容量结果就会平均降低25J/K。对于25MJ/kg的煤样，在发热量测试过程中，发热量就会升高60J/g。

处理措施：天平使用前要预热半个小时，称量时要校准，使用中要清扫、及时归零，读数时要关闭天平门并要等到数值稳定；对于使用年限较长的天平，要经常用1g的砝码进行称量鉴定，误差尽可能不超过0.5mg。

4.2.2 热容量对发热量影响。如果热容量标定不准确，发热量测试计算结果就会系统偏高或偏低，造成系统误差。

处理措施：在标定仪器热容量时，选用二级及以上的苯甲酸标准物质，使用前应进行干燥，准确称量，严格控制操作过程，每次充氧压力和充氧时间要相同，热容量标定结果的相对标准偏差控制在0.1%以内。

4.2.3 氧弹操作不当对发热量影响及处理措施。氧弹漏气会使发热量测试结果偏低，氧弹内电极上的防火罩距离煤样坩埚太近，会造成燃烧不充分；氧弹内清洗后未擦拭干净和氧弹外部有水时，会使煤样测试结果偏低；氧弹内加10mL水不准确，会影响发热量结果；氧弹充氧压力和充氧时间不正确会影响结果。

处理措施：氧弹内电极上的防火罩距离坩埚应在7.5cm左右，氧弹清洗后应将内部擦拭干净不留水，用10mL的移液管准确加入蒸馏水；氧弹充氧压力应2.9MPa，充氧时间为30s。

4.2.4 坩埚对发热量影响。发热量坩埚的形状和壁的薄厚会影响发热量测试结果，坩埚内部成90°或坩埚壁太厚，在燃烧试验中会发生煤样不能完全燃烧；坩埚材质选择不当，在试验过程中会发生坩埚燃烧融化。坩埚长时间使用后变薄，在试验过程中会发生热效应变形；坩埚内清洁程度会影响发热量。

处理措施：购买坩埚时选择壁薄、内部呈弧形的坩埚；坩埚材质在煤样测试过程中不发生融化；长时间使用的坩埚要定期进行淘汰，不能使用变形的坩埚。使用坩埚前应将坩埚清洁干净。

4.2.5 煤样处理对发热量影响。煤属于不均匀性物料，在称样前煤样搅拌不均匀，会影响发热量的测试结果；对于矸石量较高的不易燃烧的煤和挥发分高燃烧中易飞溅的煤，如果不经过处理直接燃烧试验，会造成燃烧不完全。

处理措施：煤样在称样前，应对煤样进行充分混合，并进行多点取样，以增加煤样的代表性；对于矸石量较高的不易燃烧的煤，应在坩埚底部垫一层经过灼烧过的石棉绒或用擦镜纸抱紧煤样进行试验，用擦镜纸包裹的煤样，测试结果应减去擦镜纸的热值；对于高挥发分的燃煤，在试验中应进行压饼处理或用擦镜纸抱紧煤样进行试验，在压饼处理时，注意煤样的污染问题，在用擦镜纸包裹煤样结果计算时应减去擦镜纸的热值。

4.3 煤样对发热量影响及处理措施分析

分析煤样一般是指粒度小于0.2mm，达到空气干燥状态的煤样，对于劣质煤，分析煤样粒度应小于0.1mm。煤样粒度过粗，煤样在搅拌过程中不能充分混合均匀，使称量取样时代表性变差，影响发热量结果；煤样未达到空气干燥状态即干燥过度或煤样水分与空气湿度温达到平衡，煤样在称量过程中就会吸收空气中的水分或将煤样中的水分蒸发出来，造成称量结果不准确，影响发热量结果。

处理措施：购买符合国家标准的0.2mm煤样筛，分析煤样在制样过程中要全部通过0.2mm的筛子，对于劣质煤，要将煤样制备到0.1mm。煤样在烘箱中进行干燥后，要在空气中放置至少半个小时，以达到与空气湿度平衡后再装瓶。进入实验室的煤样，化验人员每天进行粒度抽检检验，监督制样人员做好制样工作。

5 结语

第一，热量计在购买时，要对设备的工作原理、温度计精准度、冷却校正值使用公式等进行了解和熟悉，技术性能应符合GB/T213-2008煤的发热量测定方法的技术要求，在使用时根据设备构造合理安排试验操作方法，尽可能提高仪器的精确度和准确度。

第二，在试验过程中，要提高化验人员对天平使用状况的分析判断，提高称量的准确性；加强热量计热容量的标定工作；熟练掌握氧弹的操作过程；正确选择发热量坩埚；合理使用石棉绒和擦镜纸。

第三，加强制样过程中煤样的粒度分析监督机制，分析煤样一定要达到空气湿度平衡，这是煤样发热量测试准确的前提。

参考文献

[1] 山东发电用煤质量监督检验中心.电力用煤标准汇编[M].北京：中国标准出版社，2012.

[2] 方文沐，杜惠敏，李天荣.燃料分析技术问答[M].北京：中国电力出版社，2014.

作者简介：陶丽（1978-），女，山西永济人，山西河津发电分公司工程师；张琦（1977-），男，山西永济人，山西大同煤矿集团有限责任公司高级工程师。

（责任编辑：陈 倩）