如何準(zhǔn)確測定煤炭的發(fā)熱量

張慧娟

【摘要】煤炭發(fā)熱量顧名思義就是煤炭燃燒過程中所能釋放出的熱量。對于燃煤電廠而言，因?yàn)樾枰妹禾康陌l(fā)熱量來加熱鍋爐中的水分，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成動能及電能，所以必須清楚了解燃煤的相關(guān)組成特性，尤其是它的發(fā)熱量。

【關(guān)鍵詞】燃煤電廠 煤炭 發(fā)熱量

煤炭的發(fā)熱量從它的燃燒條件和生成產(chǎn)物的不同，分為彈筒發(fā)熱量、恒容高位發(fā)熱量、恒容低位發(fā)熱量和恒壓低位發(fā)熱量。彈筒發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的試樣在過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒產(chǎn)物為二氧化碳、氧氣、氮?dú)?、硝酸、硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時所放出的熱量。彈筒發(fā)熱量也就是試驗(yàn)室利用熱量計(jì)所能測出的煤的最高熱值。恒容高位發(fā)熱量的生成產(chǎn)物中沒有硝酸和硫酸，而是氣態(tài)二氧化硫，所以其在數(shù)值上等于彈筒發(fā)熱量減去硝酸形成熱和硫酸校正熱之后得到的發(fā)熱量。恒容低位發(fā)熱量的燃燒產(chǎn)物和恒容高位相比，沒有液態(tài)水，而是氣態(tài)水，所以其在數(shù)值上等于恒容高位發(fā)熱量減去水的汽化潛熱后得到的熱值。而對于恒壓低位發(fā)熱量，首先它的燃燒條件不同于前三種的恒容（氧彈內(nèi)），它是在恒壓條件下，它的燃燒產(chǎn)物和恒容低位一致，所以恒壓低位發(fā)熱量在數(shù)值上等于恒容低位發(fā)熱量減去一定量的體積膨脹功得到的熱量。

比較這四種發(fā)熱量的燃燒條件和生成產(chǎn)物，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的鍋爐燃燒條件所能利用到的最大理論熱值也就是恒壓低位發(fā)熱量。不考慮各種熱損失的情況。然而實(shí)驗(yàn)室并不能完全模擬實(shí)際鍋爐的燃燒條件，它只能利用熱量計(jì)測出煤的彈筒發(fā)熱量，然后減去硝酸生成熱、硫酸校正熱、水的汽化潛熱和體積膨脹功來推算實(shí)際的鍋爐利用熱。

那么，試驗(yàn)室又是如何測定彈筒發(fā)熱量呢？答案是熱量計(jì)。熱量計(jì)分為恒溫式熱量計(jì)和絕熱式熱量計(jì)，電廠的試驗(yàn)室都是采用恒溫式熱量計(jì)。恒溫式熱量計(jì)在試驗(yàn)時要求室溫恒定，每次測定室溫變化不能超過1℃。

熱量計(jì)的工作原理概括如下：將一定量的試樣在熱量計(jì)內(nèi)充分燃燒，燃燒所釋放的熱量使得熱量計(jì)內(nèi)的水溫升高，利用水溫升高的多少來推算發(fā)熱量的高低。其工作過程包括兩部分：首先，用已知熱值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（苯甲酸）進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，得到該熱量計(jì)的熱容量；其次，進(jìn)行試樣的燃燒試驗(yàn)，利用標(biāo)定好的熱容量和觀測到的溫升計(jì)算試樣的發(fā)熱量。恒溫式熱量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，但是它對試驗(yàn)條件要求嚴(yán)格，且結(jié)果計(jì)算相對麻煩，所以日常工作中一定要嚴(yán)格按照要求操作。主要包括以下幾個反面：

（1）環(huán)境條件。測發(fā)熱量必須是獨(dú)立的房間，不能和其他試驗(yàn)項(xiàng)目共用一個房間；房間門窗要關(guān)閉，室內(nèi)無強(qiáng)烈空氣對流，也不能有強(qiáng)烈的熱源、冷源以及風(fēng)扇；室溫要保持恒定，保證每次實(shí)驗(yàn)前后室溫變化不超過1℃，并保持在（15-30）℃之間；試驗(yàn)室不能受陽光直射，窗簾要用反光窗簾。

（2）試樣重量。試樣重量要求在0.9g-1.1g之間。稱準(zhǔn)至0.0002g。

（3）氧氣：試驗(yàn)用氧氣至少99.5%純度，不含可燃成分，不能使用電解氧。氧氣瓶壓力不能低于4MPa，但是氧彈充氧壓力也不能太高，保持在（2.8—3.0）MPa之間，最高不能超過3.2MPa，否則要泄掉壓力重新充氧。充氧所用的壓力表要每2年由計(jì)量部門檢定一次，保證指示正確和操作安全。壓力表和氧氣導(dǎo)管等連接部件禁止接觸油脂。

（4）點(diǎn)火絲。點(diǎn)火絲可以用直徑0.1mm左右的鉑、銅、鎳絲等已知熱值的金屬絲和棉線。它的作用是幫助試樣著火，但是它也會導(dǎo)致測定結(jié)果多出一部分附加熱，所以在最后結(jié)果中要減去點(diǎn)火絲的熱值。點(diǎn)火絲最好要插入煤樣中，與煤樣保持接觸，若遇到高揮發(fā)分易噴濺的煤樣，可以使點(diǎn)火絲在煤樣上方，保持微小的距離。但是要注意的是，點(diǎn)火絲的兩端要分別固定在電極柱的正負(fù)兩極上，若出現(xiàn)接觸不好，斷路的情況就會導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。另外點(diǎn)火絲本身不能彎曲接觸，也不能接觸煤樣坩堝，這些情況都會導(dǎo)致電路短路，點(diǎn)火失敗，甚至燒壞坩堝。

（5）氧彈。氧彈要由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻或者鎳鉻鉬合金鋼制成，需要具備三個基本條件：不受燃燒過程中產(chǎn)生的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應(yīng)；能承受充氧壓力和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時高壓；能保持完全氣密。氧彈作為承壓部件，為保證安全，新氧彈使用前必須經(jīng)過20MPa的水壓試驗(yàn)，結(jié)果合格才能投入使用。使用中的氧彈每兩年也要進(jìn)行20MPa的水壓試驗(yàn)以檢驗(yàn)其耐壓能力。在每次試驗(yàn)前，充氧過后，還要檢查氧彈的氣密性，因?yàn)檫B接部分的墊圈會出現(xiàn)老化，導(dǎo)致漏氣。若漏氣，將對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。還需注意的是，不同的氧彈之間不能互換零部件，每個氧彈要作為一個整體使用。

在每次試驗(yàn)開始前，還需要向氧彈內(nèi)加入10ml蒸餾水，它的作用是為試驗(yàn)結(jié)束的燃燒產(chǎn)物硝酸和硫酸提供反應(yīng)條件。為保證試驗(yàn)條件相同，在每次試驗(yàn)時都要加入10ml蒸餾水。

（6）燃燒殘留物的檢查。試驗(yàn)結(jié)束后，釋放掉廢氣，擰開氧彈，要仔細(xì)觀察氧彈內(nèi)和坩堝內(nèi)是否有未燃燼的顆粒，是否有炭黑存在，若發(fā)現(xiàn)此類情況，此次結(jié)果要作廢。一般有以下幾種原因：①煤樣熱值太低，不能夠燃燒完全，此時要添加助燃物（在800℃下灼燒過的酸洗石棉絨），或者包裹擦鏡紙；②煤樣揮發(fā)分太高，點(diǎn)火瞬間導(dǎo)致煤樣噴濺，樣品灑落在坩堝外，所以沒有燃燒完全，此時要將煤樣壓成餅狀或者用擦鏡紙包裹試樣；③人為失誤導(dǎo)致的灑樣：如安裝氧彈過程中用力太大，樣品受到震動灑落，或者氧彈移動過程中傾斜嚴(yán)重，導(dǎo)致煤樣從坩堝中灑落等，此時只需規(guī)范操作，重新試驗(yàn)即可。

目前的熱量計(jì)都已經(jīng)是高度自動化，試驗(yàn)過程都是電腦控制自動完成的，作為化驗(yàn)員，只要操作時嚴(yán)格按照以上幾點(diǎn)要求，控制好試驗(yàn)條件，同時做好壓力容器的定期校驗(yàn)，就能保證化驗(yàn)工作的順利安全進(jìn)行。

準(zhǔn)確的熱值測定結(jié)果，不僅關(guān)系到煤質(zhì)驗(yàn)收，影響電廠的經(jīng)濟(jì)成本，還對鍋爐的配煤摻燒，燃燒調(diào)整提供參考，從而保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。