如何准确测定煤炭的发热量

张慧娟

【摘要】煤炭发热量顾名思义就是煤炭燃烧过程中所能释放出的热量。对于燃煤电厂而言，因为需要利用煤炭的发热量来加热锅炉中的水分，进而转化成动能及电能，所以必须清楚了解燃煤的相关组成特性，尤其是它的发热量。

【关键词】燃煤电厂 煤炭 发热量

煤炭的发热量从它的燃烧条件和生成产物的不同，分为弹筒发热量、恒容高位发热量、恒容低位发热量和恒压低位发热量。弹筒发热量是指单位质量的试样在过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物为二氧化碳、氧气、氮气、硝酸、硫酸、液态水以及固态灰时所放出的热量。弹筒发热量也就是试验室利用热量计所能测出的煤的最高热值。恒容高位发热量的生成产物中没有硝酸和硫酸，而是气态二氧化硫，所以其在数值上等于弹筒发热量减去硝酸形成热和硫酸校正热之后得到的发热量。恒容低位发热量的燃烧产物和恒容高位相比，没有液态水，而是气态水，所以其在数值上等于恒容高位发热量减去水的汽化潜热后得到的热值。而对于恒压低位发热量，首先它的燃烧条件不同于前三种的恒容（氧弹内），它是在恒压条件下，它的燃烧产物和恒容低位一致，所以恒压低位发热量在数值上等于恒容低位发热量减去一定量的体积膨胀功得到的热量。

比较这四种发热量的燃烧条件和生成产物，可以发现，实际的锅炉燃烧条件所能利用到的最大理论热值也就是恒压低位发热量。不考虑各种热损失的情况。然而实验室并不能完全模拟实际锅炉的燃烧条件，它只能利用热量计测出煤的弹筒发热量，然后减去硝酸生成热、硫酸校正热、水的汽化潜热和体积膨胀功来推算实际的锅炉利用热。

那么，试验室又是如何测定弹筒发热量呢？答案是热量计。热量计分为恒温式热量计和绝热式热量计，电厂的试验室都是采用恒温式热量计。恒温式热量计在试验时要求室温恒定，每次测定室温变化不能超过1℃。

热量计的工作原理概括如下：将一定量的试样在热量计内充分燃烧，燃烧所释放的热量使得热量计内的水温升高，利用水温升高的多少来推算发热量的高低。其工作过程包括两部分：首先，用已知热值的标准物质（苯甲酸）进行燃烧试验，得到该热量计的热容量；其次，进行试样的燃烧试验，利用标定好的热容量和观测到的温升计算试样的发热量。恒温式热量计结构简单，但是它对试验条件要求严格，且结果计算相对麻烦，所以日常工作中一定要严格按照要求操作。主要包括以下几个反面：

（1）环境条件。测发热量必须是独立的房间，不能和其他试验项目共用一个房间；房间门窗要关闭，室内无强烈空气对流，也不能有强烈的热源、冷源以及风扇；室温要保持恒定，保证每次实验前后室温变化不超过1℃，并保持在（15-30）℃之间；试验室不能受阳光直射，窗帘要用反光窗帘。

（2）试样重量。试样重量要求在0.9g-1.1g之间。称准至0.0002g。

（3）氧气：试验用氧气至少99.5%纯度，不含可燃成分，不能使用电解氧。氧气瓶压力不能低于4MPa，但是氧弹充氧压力也不能太高，保持在（2.8—3.0）MPa之间，最高不能超过3.2MPa，否则要泄掉压力重新充氧。充氧所用的压力表要每2年由计量部门检定一次，保证指示正确和操作安全。压力表和氧气导管等连接部件禁止接触油脂。

（4）点火丝。点火丝可以用直径0.1mm左右的铂、铜、镍丝等已知热值的金属丝和棉线。它的作用是帮助试样着火，但是它也会导致测定结果多出一部分附加热，所以在最后结果中要减去点火丝的热值。点火丝最好要插入煤样中，与煤样保持接触，若遇到高挥发分易喷溅的煤样，可以使点火丝在煤样上方，保持微小的距离。但是要注意的是，点火丝的两端要分别固定在电极柱的正负两极上，若出现接触不好，断路的情况就会导致点火失败。另外点火丝本身不能弯曲接触，也不能接触煤样坩埚，这些情况都会导致电路短路，点火失败，甚至烧坏坩埚。

（5）氧弹。氧弹要由耐热、耐腐蚀的镍铬或者镍铬钼合金钢制成，需要具备三个基本条件：不受燃烧过程中产生的高温和腐蚀性产物的影响而产生热效应；能承受充氧压力和燃烧过程中产生的瞬时高压；能保持完全气密。氧弹作为承压部件，为保证安全，新氧弹使用前必须经过20MPa的水压试验，结果合格才能投入使用。使用中的氧弹每两年也要进行20MPa的水压试验以检验其耐压能力。在每次试验前，充氧过后，还要检查氧弹的气密性，因为连接部分的垫圈会出现老化，导致漏气。若漏气，将对试验结果产生影响。还需注意的是，不同的氧弹之间不能互换零部件，每个氧弹要作为一个整体使用。

在每次试验开始前，还需要向氧弹内加入10ml蒸馏水，它的作用是为试验结束的燃烧产物硝酸和硫酸提供反应条件。为保证试验条件相同，在每次试验时都要加入10ml蒸馏水。

（6）燃烧残留物的检查。试验结束后，释放掉废气，拧开氧弹，要仔细观察氧弹内和坩埚内是否有未燃烬的颗粒，是否有炭黑存在，若发现此类情况，此次结果要作废。一般有以下几种原因：①煤样热值太低，不能够燃烧完全，此时要添加助燃物（在800℃下灼烧过的酸洗石棉绒），或者包裹擦镜纸；②煤样挥发分太高，点火瞬间导致煤样喷溅，样品洒落在坩埚外，所以没有燃烧完全，此时要将煤样压成饼状或者用擦镜纸包裹试样；③人为失误导致的洒样：如安装氧弹过程中用力太大，样品受到震动洒落，或者氧弹移动过程中倾斜严重，导致煤样从坩埚中洒落等，此时只需规范操作，重新试验即可。

目前的热量计都已经是高度自动化，试验过程都是电脑控制自动完成的，作为化验员，只要操作时严格按照以上几点要求，控制好试验条件，同时做好压力容器的定期校验，就能保证化验工作的顺利安全进行。

准确的热值测定结果，不仅关系到煤质验收，影响电厂的经济成本，还对锅炉的配煤掺烧，燃烧调整提供参考，从而保证锅炉的经济运行。