火电厂煤化验室发热量测定的质量控制

2021-01-09窦文婷国神集团陕西德源府谷能源有限公司陕西榆林719407

化工管理 2021年16期

窦文婷(国神集团陕西德源府谷能源有限公司，陕西榆林 719407)

1 恒温式量热仪的发热量测定原理

目前状况下，恒温量热仪是较常使用的发热量测定仪器，其测定原理主要如下：称取1.0±0.1 g称准到0.000 2 g的0.2 mm空干基煤样，煤样称取完成后将之放置于氧弹之中，并按照规定比例向其中充入氧气。在这种情况之下，煤样与氧气接触得以充分燃烧，煤样燃烧产生的热量促使量热仪的计量体系升温。需要注意的是，此时量热体系与恒温环境之间存在热交换，针对这一情况应当依据牛顿冷却定律对其进行一定程度地修正，由此可获得煤样发热量的数据。需要说明的是，恒温式量热仪在整个热量测定的过程之中外筒的温度是保持恒定不变的，但是量热仪内筒与外筒之间存在着一定的误差，在误差之下内外筒之间会发生热交换，基于这一方面的考虑需要对其进行冷却校正[1]。

2 恒温式量热仪的影响因素

(1)外筒温度。对于恒温式量热仪而言，其内筒温度与外筒温度之间存在着一定的差异，在这一差异的影响下恒温式量热仪的内筒与外筒之间会发生热交换。在实验的过程中，热交换的值会对冷却校正造成直接影响，量热仪外筒水温的不稳定性进一步造成了冷却校正值的不稳定。冷却校正值是发热量测定中的重要参数，它是对主期温升的重要补充与调整，进而对实验结果造成一定程度的影响。外筒水温应该是多个不同位置温度的函数，且具有一定的复杂性。因此要想确保恒温式量热仪测定发热量的准确性，就必须保证量热仪外筒温度的稳定且均匀。

(2)内筒中的水量。在整个仪器的热容量之中，恒温式量热仪的内筒水热容量占有很大的比重。因为水的比热较大，所以当量热仪内筒中的水不确定时，量热仪的热容量也会随之发生一定程度的变化，这种变化进而会导致测量误差。根据相关研究显示，如果恒温式量热仪内筒中水的质量发生了5 g的变化，则量热仪的热容量也会随之发生一定程度的变化，经过测量确定其具体变化值为21 J/(kg·K)。基于这一点的考虑，在运用恒温式量热仪对发热量进行测定的过程中，需要考虑内筒中水量的问题，应当运用称量法对内筒中的水量进行量取，以此确保定量的一致性。

(3)热容量。在对热容量进行标定时，需要严格遵循行业相关规范标准，采用合格有效的苯甲酸来进行标定，操作过程中热量的形成主要是通过添加硝酸的形式予以实现。需要说明的是，所使用的苯甲酸务必确保合格且有效，否则会造成一定程度的误差。而如果在操作过程中没有添加硝酸形成热，会造成热容量偏低的问题，进而致使所测定的结果相对偏低。

3 火电厂煤化实验室测定过程质量控制

(1)测定方法。当前状况下对于发热量的测定，较常使用的测定方法主要有两种，分别为恒温式测定与绝热式测定。相比于绝热式测定方法，恒温式测定方法在精密度与准确性方面表现更佳，满足国标要求[2]。

(2)仪器设备。本文论述的煤化实验室，所使用的测量仪器为SDC311各点等温恒温式量热仪。这是一种新式量热仪，与传统量热仪在一些方面存在着差异性。对于传统量热仪而言，它在点火之前吸热主要是由内筒完成的：当对其点火之后，内筒的温度会逐渐升高；当达到一定值且超过外筒温度时，在热传递的作用下内筒开始放热。对于各点等温恒温式量热仪而言，在整个实验过程中，内筒始终处于吸热状态，单向的、稳定的内桶趋势将获得趋势一致的冷却校正C值，因此恒温式量热仪可以对因内外筒温差所引起的热交换进行准确而有效地校正。除此之外，当各点等温恒温室量热仪的水箱水温升高时，其外筒的恒温点将发生一定程度的变化。不同于传统量热仪热容量始终保持不变，各点等温恒温室量热仪的热容量是会发生动态变化的。经过实践证明，各点等温恒温室量热仪符合相关技术标准，能够满足发热量测定的要求。

(3)粒度控制。对于煤炭而言，去化学组成具有不稳定，且粒度的组分也很不均匀，因此如果对煤样的粒度进行科学有效地控制十分关键。当前状况下我国的粒度标准为0.2 mm，因此为了确保能够达到要求，在制样时将煤样磨细到0.149 mm之内较为适宜。需要说明的是，存在某些煤样的哈氏可磨指数较大，难以将其有效磨碎，这样一来会导致制样的力度过粗。针对这种情况，可以运用玛瑙研钵研细后再开展进一步测试。

(4)测定方式。为了对发热量测定的准确性进行有效保证，需要做好两个方面的工作：一方面保证所选的煤样具有代表性。这就要求操作人员在正式称样之前对煤样进行充分地摇匀处理，并在此基础之上采用多点称样法对样煤进行称取。另一方面需要确保煤样称量的准确性。在正式测样过程中煤样质量只需1 g即可。相关操作人员在测样之前应充分做好准备工作：首先需要保证天平的清洁性，并定期进行校准；其次在每次实验之前需保证空氧弹内充足气，同时需要注意将氧弹浸没在水中保持一定时间，由此判定氧弹的密封性是否满足测定要求。对不易完全燃烧的煤样，一方面需要对煤样的粒度进行一定程度的控制，使其保持在0.1 mm以内，另一方面还要通过使用一些浅底和壁要薄燃烧皿、在燃烧皿底部垫一层经800 ℃灼烧过的石棉绒、减少试样量。同时对充氧压力进行适当提高，或采用已知质量和热值的标准煤样均匀混合的方法对试样测试结果的稳定性、可靠性与准确性进行有效地保证。

(5)定期标定。测量仪器是否精准有效会对发热量的测试结果造成直接的影响。在实际的测量过程中，受到各种因素的影响，恒温式量热仪所测出的测定值与标准值之间存在着一定的系统误差。针对这种情况，应定期对量热仪器进行标定。对于量热系统而言，其构成具有一定的复杂性，且不同构件有着差异性的吸热能力，采用简单的累计增加方法计算无法得到有效且准确的数据。针对这一情况，对量热仪做出了一些调整，具体调整如下：首先更换了量热仪的大部件、量热温度计；其次对标定热容量与测定发热量时内筒温度相差5 K时重新标定，标定之后应当配套开展有效性检验工作。一般情况下每隔半个月对仪器进行检查一次[3]。

4 火电厂煤化实验室测定注意事项

(1)重复测定。对每一个煤样的不同时间段做重复样，一方面可以有效避免一些人为因素造成的测量误差，例如：操作人员拿错药品、重复称样等；另一方面可以依据测定结果对相关仪器运行的稳定性与可靠性进行判定。在重复测定后，如果两次的测定结果存在较大的差值，且这一差值已经超出了规定的标准，那么则认为这两次测定均为无效结果，需要重新开展测定工作。对同一台测量仪，如果在同一个批次中所测量的结果差值同样超过了规定的标准，则这多次测定也被认为是无效的，需要对可能出现的原因进行分析，检查仪器，反思操作过程，找出原因并有效纠正后再重新测定。

(2)有证煤标煤样或监控样。为了进一步保证测试结果的准确性与可靠性，在对待测样进行分析之前，需要依据相关规定做1个中等发热量的有证煤标煤样或者监控样。如果所制作的有证煤标煤样或者监控样的发热量不正常，则认为本次试验存在问题。针对这种情况应对试验过程进行复盘分析，及时找出试验过程中存在的问题或者不完善的地方，并进行综合性考虑找出具体的原因，寻求解决办法。只有保证标煤样或者监控样的发热量在规定范围之内，才能继续开展试验。除此之外，操作人员还需进行抽样检查，在试验过程中随机抽取一台量热仪进行检查。如果抽查的量热仪的测定异常，因及时找出原因并排出故障，对自上次检查以来的所有煤样进行重新测定。

(3)定期开展复检工作。对于所有完成实验的煤样，应当继续将其保存一段时间以便需要时进行备查。在开展复查工作的过程中，如果条件允许，尽量应安排与上次试验不同的仪器设备与操作人员，这样安排有利于发现问题。如果复检与初检的测试结果差值超出了允许偏差范围，应当尽快找到原因，并及时解决。

(4)不同仪器检验。不同仪器检验是实验室测定中的一项重要内容。以某一火电厂为例，其化验室中存在有三台型号一致的量热仪，且每台量热仪均有三个筒，在开展试验时互相不干扰。在试验过程中，可以随机抽取同一操作人员在同一个时间段内在不同操作仪器上操作的同一个煤样的测定结果。如果三套量热仪在任意九个筒之间的测定值重复性大于规定的标准，则需要及时找出原因并排出故障。通过这种方法可以检验出操作人员的作业水平与量热仪运行是否稳定。

(5)变量控制。室内温度与搅拌器搅拌速度等因素会对发热量测定质量造成一定程度的影响，因此控制好变量也是保证测量准确度的重要措施。恒定的室温可以保证量热仪内外筒温度的变化幅度控制在1 ℃以内。在对室温控制时，一方面要充分参考热容量标定时的温度，另一方面还需要对内筒水温进行适当调节，将内外筒温差控制在1 ℃以下。值得一提的是，连续测试必然会导致外筒水温与外部气温的变化，针对这种情况还需要对外界环境气温进行一定的结合与参考，并做出适当调节。在实际操作过程中，搅拌器搅拌不均匀经常会导致发热量测定误差较大的情况。如果在重复计算发热量、热容量时发现存在较大的误差时，则可以考虑是否为搅拌器方面的问题，可能是搅拌机搅拌速度不均匀所导致的。