煤炭发热量标定过程中若干问题的讨论

徐巧婉，宋 迎

(1.霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿洗煤厂，山西 霍州 031400；2.霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西 霍州 031400)

0 引言

发热量是动力用煤的主要指标，收到基低位发热量是动力用煤计价结算的依据，而仪器的发热量标定是进行煤发热量测定结果准确性分析工作的前提[1-4]。为了保证标定结果的准确性，要求发热量的标定必须在同一天内连续、不间断地完成[5-7]。

辛置煤矿选煤厂位于霍州市辛置镇，主要产品为1.0肥精煤、洗混煤以及煤泥。为了更好地满足客户需求，对每一批次洗混煤的发热量均进行检测，并将结果及时、准确上传山西焦煤煤炭销售管理与监督服务中心，便于客户在第一时间了解和掌握商品煤的质量指标。

1 发热量标定的原理

发热量测定的准确度关键在于标定热容量所能达到的准确度，以及热容量标定条件与发热量测定条件的一致性[8-12]。如果在标定热容量基本相同的条件下，让单位质量的试样在氧弹内充分燃烧，根据该量热计的热容量及内筒水的温升就可以计算出试样的发热量。重复性试验的密切吻合，并不一定表示结果准确，可能包括由于热容量不准确而造成的系统误差。目前，苯甲酸是最适宜的量热基准物，而且应当使用经国家计量机关鉴定并标明热值的纯度很高的苯甲酸。在充氧气的氧弹中燃烧一定量已标定热值的苯甲酸，由点火后产生的总热量(包括苯甲酸的燃烧热以及点火丝产生的热量和生成硝酸放出的热量)和内筒水温升高的度数(做必要校正)，求出量热系统的温度每升高1K所需要的热量，单位为J/K。试验条件和测定方法按照GB/T 213—2008《煤的发热量测定方法》执行，值得注意的是，热量室安装有空调，可以很好的保持室温相对稳定，该试验起始室温22.3 ℃，终止室温22.6 ℃；空调不能对着量热仪吹，而且要等到室温稳定后才能测定。一般空调开启半小时后，调整外筒水温与室温温差在1.5 K以内方可进行发热量测定。标定热容量时的试验条件应同测定发热量时一致。

2 注意事项及数据分析

2.1 发热量标定的注意事项

时效性：热容量标定的有效期为3个月，超过此期限应进行复查。如果遇到下列情况，应立即重测:①更换量热温度计；②更换热量计大部件如氧弹盖、连接环等，由厂家供给的或自配相同规格的小部件如氧弹密封圈、电极柱、螺母等不在此列；③测定发热量与标定热容量的终点温度相差5K以上；④热量计经过较大搬动。如果热量计的量热系统没有显著改变，重新标定的热容量值与前一次的热容量值相差不应大于0.25%，否则，应检查试验程序或仪器设备，解决问题后再重新进行标定。

操作要领：量热仪随着温度的变化，所测出的热量值会出现不准的现象，这就需要重新标定一下量热仪的热容量。5E-AC/PL型自动量热仪热容量标定的操作要领如下。①标定前要检查量热仪仪器运转状态是否正常，有无故障。检测主机与电脑等的连接是否完好。连接不好时，会导致点火失败或点火中断，影响测试进程；②检查搅拌器有无故障，搅拌速度是否均匀。如果量热仪的搅拌器接线部分接触不良，会导致搅拌速度时快时慢、时停时转；如果搅拌浆安装不合适，被卡住而不能自由动作，导致内筒水局部获得的热量不能及时均匀散出，则导致热容量标定结果错误；③如需更换大桶水，应按操作程序更换。换后保证自然放置不少于24 h，使其水温与室温达到平衡状态。如不更换大桶水，则需在试验前向内桶添加少量水，使溢水口有少量水流出为宜，确保大桶水量充足。一般3个月左右更换一次自动恒温桶的水，但当发现桶内水有脏物时，应立即换水，以免造成阀门关闭不严，对检测结果造成影响；④清理氧弹，将氧弹内挡火板、氧弹盖等处的水垢清理干净，并用蒸馏水冲洗、晾干。值得注意的是清洗氧弹的水要用与室温接近的水，以免氧弹的温度与恒温桶内的水温相差太大，而影响下次试验结果；⑤选用质量大小相差不大的燃烧皿，事先干燥后，放入干燥器中冷却至室温，以备用。将氧弹头挂于氧弹支架上，将装有试样的燃烧皿放在架子上，装好点火丝。需要强调是为了避免因点火丝接触燃烧皿，形成短路而导致点火失败，甚至烧毁燃烧皿及架子的事故。装样时我们需要将点火丝与试样保持良好的接触或保持微小的距离(对易飞溅和易燃的煤样)。放入氧弹前应仔细确认；⑥选择使用苯甲酸时，应选用经计量部门检定合格的基准量热物，并保证苯甲酸干燥且表面无污染，重量在0.9～1.1 g范围内。注意苯甲酸的纯度，在压片及操作过程中不要将其玷污。因为片状的苯甲酸吸水后比粉状的干燥还困难，所以，从商家购买的已压制成片的苯甲酸，买来后应放入干燥器中，以免吸水；⑦充氧。向上拉动“活动套”将手持式充氧仪套在氧弹头上，然后放下活动套，锁牢充氧仪，用手指推动“推杆”，即自动充氧，待充氧仪上压力表指针稳定后保证有足够的充氧时间，不得少于15 s。当氧气瓶中压力降到5.0 MPa以下时，充氧时间应酌量延长，压力降到4.0 MPa以下时，应更换氧气；⑧装样过程中点火丝残留物清理干净。要确保点火丝绑好后与接线柱接触良好，点火丝紧贴苯甲酸表面放置；⑨氧弹充氧完成后要检测氧弹是否漏气。检测方法为：充氧结束后，将氧弹放入装满水的大容器中，水面以过氧弹为宜，看氧弹上有无气泡冒出，若无即可判定氧弹不漏气。可进行下一步试验。以上操作过程应尽量减少氧弹振动，以免点火丝和燃烧皿的位置因受振动而改变，毁坏燃烧皿或造成点火失败；⑩氧弹放入内筒前要用专用毛巾擦干净，防止桌面上的点火丝等杂物带入内桶，造成内桶出水口阻塞。放入氧弹后，轻轻盖上内桶盖子，进入试验。

精密度和准确度要求：5次苯甲酸测试结果的相对标准差不大于0.20%；标准煤样的测试结果与标准值之差都在不确定度范围内；或者用苯甲酸作为样品进行5次热值测定，其平均值与标准热值之差不超过50 J/g。如果热量计的量热系统没有显著改变，重新标定的热容量值与前一次的热容量值相差不大于0.25%。

2.2 发热量标定的数据分析

自动量热仪热容量标定：一般在开始试验前，先进行预热试验，使量热仪系统的水达到均匀。选择“开始测试”菜单，先行预热3次。点击系统设置菜单，输入苯甲酸热值26 445 J/g，测量内容设置为苯甲酸标热容量，点击保存退出。试验连续5次苯甲酸标热容量，计算5次热容量平均值为10 099 J/K，见表1；相对标准偏差为0.049%，远远小于0.20%。热量计的量热系统没有显著改变，经查得前一次的热容量值10 105 J/K，计算重新标定的热容量值与前一次相差100×(10 099-10 105)/10 105=-0.06%<0.25%。符合热量计的测量精密度和准确度的要求。即该仪器的热容量10 099 J/K，保存结果。

表1 计算5次热容量的平均值

苯甲酸反标定：点击系统设置菜单，测量内容设置为发热量，查看仪器热容量10 099 J/K，点击保存退出。同样计算5次苯甲酸热值，得平均热值为26 470-40=26 430 J/g，其中，40 J/g为硝酸生成热值，见表2；26 445-26 430=15 J/g<50 J/g，符合热量计的测量精密度和准确度要求。

表2 苯甲酸反标定的弹筒发热量

标准煤样发热量标定及测试：①标样BGW11101干基高位发热量标准值为32.11±0.13 MJ/kg，实际测试结果报出值为32.04 MJ/kg，在误差范围内偏低0.07 MJ/kg；②标样BGW11105干基高位发热量标准值为26.24±0.16 MJ/kg，实际测试结果报出值为26.09 MJ/kg，在误差范围内偏低0.15 MJ/kg；③试验煤样。干基高位发热量标准值为33.095 MJ/kg、33.088 MJ/kg，平均值为33.092 MJ/kg，报出值为33.09 MJ/kg。标准煤样发热量标定以及试验煤样发热量测试数据见表3。

表3 标准煤样发热量标定以及试验煤样发热量测试

测试实例：华能武汉发电及国电驻马店热电动力煤发热量检测结果见表4。商品煤质量鉴定单中洗混煤的发热量通常以收到基低位报出，表4中取收到基低位发热量的2次结果平均值，并按“四舍六入五单双”原则，把个位数字修约到41.87 J/g的倍数报出。则华能武汉发电厂收到的基低位发热量为17 376.05 J/g，国电驻马店热电厂收到的基低位发热量为17 129.8 J/g。

表4 华能武汉发电及国电驻马店热电动力煤发热量

2.3 煤的发热量测定方法的精密度说明

存在的误区：日常工作中对煤的发热量测定方法的精密度存在以下误区。①误区1，重复性、再现性基准误区。通常，我们将洗混煤商品煤的收到基低位发热量Qnet，ar(cal/g)作为最终结算指标。在实际检测时往往忽略了以空气干燥基高位发热量Qgr，ad(J/g)、干燥基高位发热量Qgr，d(J/g)基准判断，而直接把收到基低位发热量Qnet，ar(cal/g)试验结果作为基准判断重复性、再现性；②误区2。洗混煤商品煤的发热量报出结果(最终结算指标)为收到基低位发热量Qnet，ar(cal/g)，单位为cal/g，而不是国标中规定的高位发热量的单位J/g。高位发热量(J/g)的重复性限120，高位发热量(cal/g)的重复性限29，同一基准在单位不同的情况下相差91。高位发热量(J/g)的再现性临界差300，高位发热量(cal/g)的再现性临界差72，同一基准在单位不同的情况下相差228。表5为发热量测定的重复性限和再现性临界差的规定。

表5 发热量测定的重复性限和再现性临界差的规定

差值计算：因此，判别发热量测定的重复性限和再现性临界差时，应注意以空气干燥基高位发热量Qgr，ad(J/g)、干燥基高位发热量Qgr，d(J/g)作为基准判断依据，同时强调发热量的单位是(J/g)。收到基煤的恒容低位发热量的计算方法见式(1)

(1)

式中，Qnet，v，ar—收到基煤的恒容低位发热量，J/g；Qgr，v，ad—空气干燥基煤样的恒容高位发热量，J/g；Mt—收到基煤样的全水分，%；Mad—空气干燥基煤样水分，%；Had—空气干燥基煤样氢含量，%。

假设某煤样的空气干燥基煤样的恒容高位发热量第1次检测结果为Qgr，v，ad1，第2次检测结果为Qgr，v，ad2，由上述公式可以得出2次检测结果的差值Δ=Qgr，v，ad1-Qgr，v，ad2=Qnet，v，ar1-Qnet，v，ar2。由此得出，空气干燥基煤样的恒容高位发热量的差值应该是收到基煤的恒容低位发热量的差值，则最终结算指标收到基煤的恒容低位发热量各单位基准的精密度要求范围，应该与恒容高位发热量各单位基准的精密度要求范围一致。

3 结语

5E-AC/PL型自动量热仪采用自动平衡定量技术，使仪器整个工作过程采用自动控制，内外桶热交换自动补偿，测试结果能自动修正，测试结果精密度高。辛置煤矿洗煤厂化验室自使用自动量热仪以来，极大提高了商品煤发热量检测精确度，满足了用户对产品的要求，减少了商务纠纷，为企业和用户创造了更高的经济价值和社会价值。