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杜洪偉：氧彈式熱量計檢驗方法
中國煤炭新聞網(wǎng)
2008-11-27 15:24:11 論文專區(qū)
摘 要 氧彈式熱量計是目前檢測煤質(zhì)發(fā)熱量指標(biāo)的主要儀器,其測熱性能將會直接影響發(fā)熱量測定結(jié)果的可靠性,所以各檢測單位新購進(jìn)熱量計,都必須在使用前對其性能進(jìn)行檢驗。 當(dāng)前市場上眾多廠家生產(chǎn)的各種量熱儀層出不窮,性能各有差異，所以各檢測單位在購進(jìn)量熱儀時更應(yīng)對其測熱性能加以關(guān)注。根據(jù)長期的煤質(zhì)分析儀器使用與維護(hù)經(jīng)驗,系統(tǒng)地提出以精密度、準(zhǔn)確度作為考核儀器的指標(biāo)來進(jìn)行驗收,從而確立此類儀器選型、驗收標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞 熱量計 發(fā)熱量 精密度 熱容量 準(zhǔn)確度
煤作為燃料廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)中,尤其是發(fā)電行業(yè)。電力生產(chǎn)主要是利用燃煤的化學(xué)能,通過燃燒最終把熱能轉(zhuǎn)化為電能,因此發(fā)熱量是發(fā)電用煤的重要測定項目。發(fā)熱量主要用于以下幾方面:設(shè)計鍋爐機(jī)組時,發(fā)熱量可用來計算爐膛熱負(fù)荷和選擇磨煤機(jī)容量;鍋爐運(yùn)行時發(fā)熱量又可用來計算發(fā)、供電煤耗,而煤耗又是火電廠的重要考核經(jīng)濟(jì)指標(biāo);在煤炭供需上,發(fā)熱量是作為動力用煤計價的主要依據(jù)。目前試驗室用于測定燃料發(fā)熱量的熱量計有恒溫式和絕熱式兩種。
1 熱量計工作原理、種類及構(gòu)造
111 發(fā)熱量、發(fā)熱量測定原理
發(fā)熱量定義為單位質(zhì)量的可燃物質(zhì)完全燃燒時所放出的熱量。可燃物發(fā)熱量測量原理是將一定量的試樣置于充有一定壓力2.8～3.0MPa 密封的氧彈中,在充足的氧氣條件下,令試樣完全燃燒,燃燒所放出的熱量被氧彈周圍一定的水(內(nèi)桶水) 所吸收,其水的溫升與試樣燃燒放出的熱量成正比。發(fā)熱量即可由燃燒前后的溫差計算出來。Q = E( Tn-T0) / M
Q 試樣發(fā)熱量(J / g) ; E 量熱系統(tǒng)熱容量(J / ℃) ; M試樣質(zhì)量(g) ; T0 量熱系統(tǒng)起始溫度( ℃) ; Tn 量熱系統(tǒng)吸收試樣放出熱量后的終值溫度( ℃) 。
112 熱量計種類、構(gòu)造
通常實驗室用于測定燃料發(fā)熱量的熱量計有恒溫式熱量計、絕熱式熱量計兩種。測量原理相同,但構(gòu)造上有些差異。恒溫式熱量計包圍量熱體系外筒是一個雙層水套,內(nèi)裝較多的水。測熱過程中水是靜止的,外筒僅用于給內(nèi)筒提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。絕熱式熱量計除有雙層水套外,其頂蓋也設(shè)計為雙層水套。測熱過程中,雙層中的水借助循環(huán)水泵從外筒流向頂蓋從而起到絕熱作用。同時在外筒中還安裝有跟蹤內(nèi)筒水溫的加熱電極和溫控元件。恒溫式熱量計與絕熱式熱量計在市場上均有產(chǎn)品,也各有優(yōu)缺點。前者構(gòu)造簡單,操作簡便,但需對溫升進(jìn)行校正,計算較為繁瑣。目前,隨著微機(jī)廣泛應(yīng)用,問題已得到解決;后者構(gòu)造復(fù)雜,操作難以掌握,有時還受到季節(jié)的影響,用于帶走外筒水中多余熱量的冷卻水溫度不能滿足試驗要求。因此在一般情況下,恒溫式熱量計被廣泛采用。
2 熱量計檢驗方法的演進(jìn)
在以往的熱量計驗收過程中,儀器到場開箱后,一般按合同規(guī)定,進(jìn)行“精密度”測試,合格后,便可用于檢測。事實證明,這個單一的技術(shù)驗收指標(biāo)與實際分析的樣品存在差距。精密度測試所用物質(zhì)為苯甲酸。苯甲酸是一種純凈物質(zhì),也是目前公認(rèn)的量熱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。它性能穩(wěn)定、吸濕性低、容易完全燃燒。而平時分析的煤樣是一種混合物質(zhì),其熱性能并不穩(wěn)定,因此儀器在使用苯甲酸做精密度驗收后,其準(zhǔn)確度并不一定可信。為此,建立一套寶鋼特有的熱量計驗收方法,使
所購入的儀器更好地為現(xiàn)場服務(wù)這一迫切需要擺在技術(shù)人員面前。經(jīng)過四年左右的摸索,首次系統(tǒng)地提出熱量計的驗收方法,并在一臺新儀器的驗收中初步進(jìn)行使用,取得較好效果。
3 熱量計檢驗方法
3.1 熱量計精密度檢驗
3.11 熱容量C 測試(熱容量精密度檢定) 在規(guī)定條件下〔1〕,用燃燒熱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸檢定熱量計的熱容量5 次,按不同的平均熱容量,其極差不大于表1規(guī)定;或5 次重復(fù)試驗結(jié)果的平均值(.E) 和標(biāo)準(zhǔn)差,其相對標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)超過0.2 %,若超過0.2 %,再補(bǔ)作1次試驗,取符合要求的5 次結(jié)果的平均值(修至1J / K)作為該儀器的熱容量。若任何5 次結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)差都超過0.2 %,則應(yīng)對試驗條件和操作技術(shù)仔細(xì)檢查并糾正存在問題后,重新進(jìn)行檢定,舍棄已有的全部結(jié)果(見表1) 。
表1 熱容量C 測試
熱容值 〈1500(J/K) 9000～11000(J/K) 14000～15000(J/K)
級差 9 40 60
取用1g 左右的燃燒熱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸（GBW（E）130035 標(biāo)準(zhǔn)值2480J/g）連續(xù)試驗熱容量精密度測試結(jié)果(見表2) 。試驗表明:級差≤40J / K;RSD = 0.108 % (遠(yuǎn)小于0.20 %) 精密度測試合格。
表2 苯甲酸連續(xù)試驗熱容量精密度
苯甲酸質(zhì)量g 熱容量(J/k) 平均值(J/k) 級差(J/k)
0.9965 10432
10439
22
0.9968 10434
0.9966 10454
0.9945 10436
0.9938 10439
3.12 熱值誤差測定 取約0.17g 和1.13g 苯甲酸測量燃燒值,計算其熱值誤差ΔQ ,該值不超過60J / g 時,合格。其中ΔQ = QA
-QS ( QA 為測得苯甲酸的平均熱J / g , QS 為苯甲酸的標(biāo)準(zhǔn)熱值) (見表3) 。試驗表明誤差≤60J / g 合格。
表3 熱值誤差測定
苯甲酸質(zhì)量（g） 測得熱值（J / g） 平均熱值（J / g） 與標(biāo)準(zhǔn)熱值誤差（J / g）
0.1755 26407 26416 38
1.1346 26425
3.12 熱量計準(zhǔn)確度檢驗
標(biāo)準(zhǔn)煤樣測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之差應(yīng)在不確定度范圍內(nèi)或用燃燒熱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸作為樣品進(jìn)行5 次發(fā)熱量測定,其平均值與標(biāo)準(zhǔn)熱值之差不超過50 J / g。根據(jù)煤質(zhì)分析的經(jīng)驗我們發(fā)現(xiàn),采用苯甲酸進(jìn)行準(zhǔn)確度測試合格后標(biāo)準(zhǔn)煤樣測試結(jié)果并不理想,所以此次我們采用含硫量高和含硫量低的兩種國產(chǎn)標(biāo)煤測試該儀器準(zhǔn)確度(見表4) ,試驗表明標(biāo)煤測試結(jié)果均在不確定度范圍內(nèi),儀器準(zhǔn)確度合格(備注:標(biāo)準(zhǔn)煤樣應(yīng)測定Mad 、Sad并作硝酸生成熱校正,經(jīng)基態(tài)轉(zhuǎn)換以干燥基熱量作比較) 。
表4 準(zhǔn)確度測試結(jié)果
標(biāo)煤號 Mad(%) St,ad(%) 熱容量（J/K）
GBW11108d 2.36 1.83 10439
GBW11101i 2.89 0.42 10439
Qd標(biāo)準(zhǔn)(J/g) Qb(J/g) 測定值(J/g) △(J/g) 評價
29470±120 28665 29358 112 良好
31100±120 30128 31025 75 良好
4 結(jié)束語
隨著設(shè)備采購與引進(jìn)制度的日益健全、完善,設(shè)備選型與驗收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也隨之提上議事日程。標(biāo)準(zhǔn)的制定對技術(shù)人員提出更高層次的要求，上述方法既可用于檢測單位驗收新購入的熱量計，也可用于在熱量計的周期性測試中判斷設(shè)備性能的優(yōu)劣并針對出現(xiàn)的誤差做出調(diào)整與修正。
參考文獻(xiàn)
1 中華人民共和國國家檢定規(guī)程《氧彈熱量計檢定規(guī)程,
JJG672-2001》
2 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《煤的發(fā)熱量測定方法GB/
T1213-2003》
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