碳氢元素测定装置升级改造路径探讨

2017-12-04江宁川王振国韩瑞国

资源节约与环保 2017年11期

关键词：碳氢法测定调试

江宁川杨佳王振国韩瑞国

（天津市计量监督检测科学研究院天津 300192）

碳氢元素测定装置升级改造路径探讨

江宁川杨佳王振国韩瑞国

（天津市计量监督检测科学研究院天津 300192）

碳、氢、氮作为煤中占比高、作用大的三种元素，对于煤质分析、煤样化验及排放控制等工作都具有较重要的意义。本文从采用红外－热导联合法的碳氢元素测定装置的结构和原理出发，提出了将其升级改造为元素分析仪的方法路径。通过在硬件和软件上升级改造该设备，可以取得较好的经济效益和社会效益。

元素分析仪；碳氢元素测定；红外－热导联合法

引言

煤中的碳和氢是产生热量的主要来源，其含量决定了发热量的大小；煤中氮是无用成分，在燃烧时大部分呈游离状态随烟气逸出，其中部分转变成氮氧化物，增加了环境污染。[1]因此，随着环境污染问题日益严峻、大气治理任务日趋紧迫，煤中氮含量的测定对于控制煤炭燃烧和环境污染都具有十分重要的意义。

我单位于多年前购置的红外碳氢测定仪，型号为5E-CH2021，由于其缺少氮元素检验模块，无法进行氮元素分析，无法满足客户检验及主管部门监督抽查需求的同时，也极大的制约了我室的发展。重新购买元素分析仪需要大量资金，并浪费既有资源。最好的方法是在原有仪器基础上进行改装，从硬件和软件两方面下手，通过在仪器内部增加氮元素检验模块并更新软件，将设备功能完善，升级为元素分析仪。

1 现有装置

近年来，相较于经典方法，红外－热导联合法由于其更快的测定周期、更理想的准确度，展现了良好地应用前景。红外－热导联合法测定煤中碳氢氮含量原理如图1。煤样在氧气流中充分燃烧，煤中碳全部转化为二氧化碳,氢全部转化为水，氮转化为氮氧化物及少量氮气的混合物。上述产物与少量其它产物混合后，通过净化试剂去除其中的杂质，存入混气罐。[2]经充分混匀后，混气罐将气体分别送入H2O红外池、CO2红外池以及还原炉。进入两个红外池的产物分别通过红外法测定出煤中的碳、氢含量，而进入还原炉的气体在载气氦气的携带下去除氧气，并将其中的氮氧化物还原为氮气，再经过净化后进入热导池，并通过热导法测定。

图1 红外－热导联合法测定煤中碳氢氮含量原理示意图

如图1所示，红虚线框以内为需新增加的热导法测定氮含量的原理示意，红虚线框以外为现有的红外法测定碳、氢含量的原理示意。

2 改造路径

2.1 硬件部分

鉴于现有设备预见性的预留了硬件空位，作为升级改造的基础部分，硬件改造可以更顺利的开展。需要新增或调整的内容有：调整混气罐出口结构，增加用于氮气检测的气路；新增氦气气瓶及相应气路，通向混气罐出口新增气路，作为载气；新增气体二分器，一部分通向还原炉，一部分通向热导池；增加还原炉、净化管和热导池，用于氮氧化物还原反应、反应后净化及氮气含量检测；增加必要的气阀，调整原有控制单元，在充分利用预留接口的基础上调整电路板结构，如现有输入输出接口无法满足要求，则新增相应的控制电路板。2.2软件部分

软件部分的调整可以结合硬件同步进行，需要新增或调整的内容有：新增氮气检测模块，调整系统上电自检测模块，调整输入、输出模块及相应的数据采集、数据处理等模块，调整控制模块，调整上位机通讯模块以及其他功能模块。

2.3 设备调试

在硬件和软件均调整完成后，开展设备调试。应根据同类产品要求，严格编制调试计划和方案，逐条逐步开展，大致应包括以下内容：硬件部分调试（气路、气阀气密性测试、各反应池反应测试及温度测试、输入输出接口调试）、软件部分调试（系统自检、新增接口控制、气阀控制、反应过程控制、通讯调试）以及系统联调联试。之后应根据通用技术要求，参考同类仪器设备已发布的校准规范，对升级改造后的仪器设备开展检定校准工作，从控温性能和测量性能两个大方面开展考核。在生产厂家的配合下，精心细致，仔细摸排，严格考核仪器设备计量性能的稳定性和精密性，并辅以大量实验数据的支撑，完善设备状态。