火电厂煤化验室发热量测定质量控制研究

孙 亮

（天津国电津能滨海热电有限公司，天津 300459）

煤炭发热量的测定方法始终是发电行业研究的重点话题，因为没有一套符合所有要求的测定方法，所以应从不同角度、不同层面进行方法的分析与研究。在所有的方法中，恒温式量热法成为现阶段应用较为广泛的煤炭发热量测定方法。本文以恒温式量热法作为研究对象，对影响其测定精准度的相关因素进行研究分析，并且研究如何通过质量控制的应用避免一些因素对实验效果产生影响，从而为火电厂未来的经营与发展提供一个可信的实验数据支撑。

1 恒温室量热仪的测量原理

首先需要称取一定质量的空气干燥煤样，将其放置在已经准备好的氧弹中，然后向氧弹中充入氧气，在充氧气的过程中需要观察充氧压力的变化以及氧弹自身是否处于密封的情况，煤样在氧弹内燃烧完全，燃烧所释放出的热量能够使热量计中的液体温度升高，对热量计的液体进行实时的温度监测，利用温度的变化来计算弹筒发热量。但是在实际测定过程中存在热量体系与恒温环境之间的热交换，需要对产生的热交换数据进行计算与修整，才能够获得较为准确的煤样发热量。在测热的过程中恒温式热量计的内外筒之间存在着一定的热交换反应，针对此种情况就需要进行冷却校正的应用，目前公认的最准确的冷却校正公式是瑞-方公式，在自动氧弹热量计法中即使用此公式。

2 火电厂煤炭发热量测量概念

对煤炭的发热量进行测定是发电厂运营过程中一个非常重要的项目，并且该测定所产生的数据会对发电厂的经营策略以及技术应用产生非常重要的影响，从技术层面上来看，煤炭的发热量并不单是一项煤质特性的指标，需要进一步保证在煤炭发热量测定过程中的精准性。

煤炭发热量的测量工作现阶段使用较为广泛的方法为氧弹式量热仪，方法就是称取（1±0.1）g 煤样，然后将称好的煤样放置在氧弹中，向氧弹中注入足量的氧气，氧气压力在2.8～3.0MPa 之间，压力表指针稳定后的充氧时间不少于15s，充氧完毕后将氧弹没入水中检查氧弹的密封性，如无连续的气泡冒出则气密性合格，然后将氧弹放置在量热仪内筒中，实验过程中煤样完全的燃烧，燃烧释放出来的热量被内筒水吸收，使水温上升，仪器对上升的温度进行精准的测量。除此之外还需要计算仪器热容量，因为在一定温度下，整个热量体系热容量通常是一种常数，只要计算出这个常数的大小，那么就能够以此为基础计算出煤样的发热量。

在实际的煤炭发热量测定中有两种测定发热量的方式，第一种是绝热式氧弹热量计，此种方法外筒温度紧跟随内筒温度而变化，不需要进行冷却校正；另外一种方法是需要进行冷却校正的，该种方法叫作恒温式热量计法。因为现阶段绝大多数的火电厂煤炭发热量测定工作都是使用恒温式热量计法，针对此种情况，本文主要论述恒温式氧弹热量计测定煤炭发热量的质量控制。

3 影响恒温式量热仪检测准确度的因素

3.1 内筒水量

恒温式量热仪内筒水的热容量在其整个量热系统中占据相当大的比重，因为水自身的比重较大，如果不能准确地计算内筒的水量，那么测量仪的热容量将会发生变化，每一个微小的变化都会对最终结果的计算产生影响，进一步导致发热量的测定结果不准确。针对此种情况，在实际的发热量测定过程中，内筒水量的精准测量工作就显得十分重要，需要通过称重法或容积法来对内筒水量进行校准。

3.2 外筒温度

在实际的恒温式量热仪使用的过程中，内筒水与外筒水之间产生热交换是一个不可避免的问题，这种情况的存在会对发热量测定的效果产生一定程度的影响，特别是外筒水温有可能会出现水温不稳定的情况，那么也会导致校正的冷却值产生一定的数据浮动。除此之外恒温式量热仪的外筒水温自身是包含有多个位置温度的复杂函数，为了能够进一步保证测量仪器的精准度，需要保证外筒处于一个较为稳定的环境中，才能够保证计算过程中各项数据的稳定性，这就需要控制量热室的温度，GB/T213规定量热室室温应保持稳定，温度在15～30℃，一般化验室温度控制在23～26℃之间。

3.3 仪器热容量标定

准确地对仪器的热容量进行标定能够有效地提升发热量测定的准确度。在实际的仪器热容量标定的过程中，必须用量热基准物质标定，尽最大可能保证发热量计算的精准度。实际标定中多采用苯甲酸，其物理性质稳定，不含水、不含硫分，通常作为量热基准物质使用。除此之外在进行发热量测量的过程中，如果出现了内筒水量与标定热容量水量不同的情况，那么之前所计算好的热容量不适用于现在发热量的计算，需要重新标定热容量。

4 煤化验室发热量测定质量的控制策略

4.1 控制室温

在进行恒温式量热仪应用的过程中，需要保证外筒所处环境的稳定，内外筒的温度变化幅度应当保持在1℃以内，这对于发热量的测定以及计算的精准度来说极其的重要。为了能够达到以上的测量环境就必须采取控制室温措施，需要根据热容量标定时的温度来进行控制，国标规定标定热容量和测定发热量时的内筒温度变化不能超过5K。除此之外，需要对内筒水温进行及时的调节，使终点时的内外筒温差能够小于1℃，促使内筒温度可以出现明显的下降。第三点是需要将外筒的温度控制在与室温接近的范围之内，以便于进行内外筒温度的调节，两者的温差应当保持在1.5℃之内，且每次发热量测定时的室温变化不能超过1℃，量热室内不能有明显的热源，很多电厂的量热室都安装空调，但应注意空调的出风口不要正对量热仪吹，需要调节空调出口风向或安装空调挡风板，量热室的窗户要配有能遮光的窗帘，避免阳光照入影响室温。

如果进行连续的发热量测定，那么必定会因内外筒水温以及外部的气温而产生影响，从而也会对最终的测定结果产生影响。针对此种情况，需要根据实验时的外界环境气温、热容量标定时的室温进行合适的调节，避免各种外界因素叠加而对室温产生影响，保持室内温度始终处于一个水平恒定的情况，使最终的测量结果更加具有参考价值。另外，在实际操作过程中，频繁的操作势必会导致内筒和外筒的水温出现改变，同时也会导致实验室内的温度产生变化，这些因素的变化都会导致煤炭发热量测定结果的不准确，因此在实际操作过程中必须时刻控制温度，避免打开实验室的窗户或者频繁的走动，做好细节控制，减少实验误差，确保测量结果的准确性。

4.2 热容量的标定

现阶段所使用的量热系统已经具备了较高的自动化技术，但是量热系统在实际的运转过程中热容量是伴随着环境温度的变化而变化的，针对此种情况，在测量过程中不能够都用同一个热容量，并需要对已经标定好的热容量进行有效应用范围的划分，以及进行温度范围的界定，以便于面对不同室温情况进行合适的热容量选择。量热仪热容量的标定工作也需要每三个月进行一次，每次标定一般进行5次重复实验，计算5次重复实验结果的平均值和相对标准差，其相对标准差不应超过0.20%，若超过0.20%再补做一次实验，取符合要求的5次结果的平均值，修约至1J/K 作为仪器的热容量。若任何5次结果的相对标准差都超过0.20%，则应对实验条件和操作技术仔细检查并纠正存在问题后重新进行标定，舍弃已有的全部结果。如果热量计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%，否则应检查实验程序，解决问题后再重新进行标定，这里的0.25%的计算方法为两次标定的热容量的差值的绝对值除以上一次的热容量值，在实际计算中需要引起注意。

4.3 控制搅拌器和搅拌速度

搅拌器搅拌不均匀或者是出现故障极有可能导致发热量测定结果出现误差，那么在实际的测量过程中应当注意此问题的出现。特别是出现重复计算发热量以及热容量浮动的范围较大，并且出现较大的误差值，那么就需要对搅拌器进行检查，如果是搅拌器出现了故障，那么就需要进行及时的维修以及更换。

4.4 规范操作

准确且规范的操作能够在最大限度地保证测量结果的准确性，并且降低误差的范围。首先在测量工作进行之前需要保证此次测量所使用的煤样具有较强的代表性，在进行称样操作之前，将样品充分混合均匀，对样品进行多点多次采样。第二步，需要进一步保证煤样称量的准确性，要保持称量天平的清洁，并且在称量工作之前进行天平的校准作业。第三点是需要保证氧弹内注入了充足的氧气，氧气纯度至少99.5%，不含可燃成分，不允许使用电解氧，然后进行氧弹气密性实验。第四点，如果测量的对象为不易燃烧完全的煤样，那么就可以选择性地使用一些浅底、薄壁燃烧皿并且在底部铺上一层经过800℃灼烧30min 的石棉绒，如加石棉绒仍燃烧不完全，可提高充氧压力至3.2MPa，或用已知质量和热值的擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧。对于容易产生飞溅的煤样，可用已知质量的擦镜纸进行包裹后再进行测试，或先在压饼机中压饼并切成粒度约为2～4mm 的小块使用。

在煤炭发热量测定过程中，实验人员需要提高操作的熟练度，加强对测量仪器的清洁和保养，在测量之前做好天平的调试工作，确保天平读数的准确性。在实验过程中，必须严格按照规范进行操作，减少疏漏，对测量结果的准确性进行保证。

5 结束语

在实际的煤炭发热量测定过程中，很多内部以及外部的因素对都会最终的测定结果产生影响，并且煤化验室的质量管理以及发热量测定工作是一项长期且精细的工作，这就要求在实际的化验过程中要严格地遵守各项操作规定，对于投入使用的仪器要定期进行检定、校准、检查与维护，以及控制煤样质量、高标准的热容量标定。对室内温度进行控制等方法的应用能够进一步减少发热量计算过程中误差，并且保证最终实验结果的可靠性，为火电厂的经营管理、消耗定额、计划编制以及发电成本等问题的计算提供有力的数据保障。