杜洪偉：氧彈式熱量計(jì)檢驗(yàn)方法

　　摘　要　 氧彈式熱量計(jì)是目前檢測(cè)煤質(zhì)發(fā)熱量指標(biāo)的主要儀器,其測(cè)熱性能將會(huì)直接影響發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果的可靠性,所以各檢測(cè)單位新購進(jìn)熱量計(jì),都必須在使用前對(duì)其性能進(jìn)行檢驗(yàn)。 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(cè)單位在購進(jìn)量熱儀時(shí)更應(yīng)對(duì)其測(cè)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(yàn),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(yàn)收,從而確立此類儀器選型、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

　　關(guān)鍵詞　 熱量計(jì)　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(cè)定項(xiàng)目。發(fā)熱量主要用于以下幾方面:設(shè)計(jì)鍋爐機(jī)組時(shí),發(fā)熱量可用來計(jì)算爐膛熱負(fù)荷和選擇磨煤機(jī)容量;鍋爐運(yùn)行時(shí)發(fā)熱量又可用來計(jì)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(dòng)力用煤計(jì)價(jià)的主要依據(jù)。目前試驗(yàn)室用于測(cè)定燃料發(fā)熱量的熱量計(jì)有恒溫式和絕熱式兩種。
　　1 　熱量計(jì)工作原理、種類及構(gòu)造

　　111 　發(fā)熱量、發(fā)熱量測(cè)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(shí)所放出的熱量?？扇嘉锇l(fā)熱量測(cè)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(jì)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(jì)種類、構(gòu)造 　　通常實(shí)驗(yàn)室用于測(cè)定燃料發(fā)熱量的熱量計(jì)有恒溫式熱量計(jì)、絕熱式熱量計(jì)兩種。測(cè)量原理相同,但構(gòu)造上有些差異。恒溫式熱量計(jì)包圍量熱體系外筒是一個(gè)雙層水套,內(nèi)裝較多的水。測(cè)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(jì)除有雙層水套外,其頂蓋也設(shè)計(jì)為雙層水套。測(cè)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(shí)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(jì)與絕熱式熱量計(jì)在市場上均有產(chǎn)品,也各有優(yōu)缺點(diǎn)。前者構(gòu)造簡單,操作簡便,但需對(duì)溫升進(jìn)行校正,計(jì)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(shí)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(yàn)要求。因此在一般情況下,恒溫式熱量計(jì)被廣泛采用。

　　2 　熱量計(jì)檢驗(yàn)方法的演進(jìn)

　　在以往的熱量計(jì)驗(yàn)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(cè)試,合格后,便可用于檢測(cè)。事實(shí)證明,這個(gè)單一的技術(shù)驗(yàn)收指標(biāo)與實(shí)際分析的樣品存在差距。精密度測(cè)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(shí)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(yàn)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(jì)驗(yàn)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(jì)的驗(yàn)收方法,并在一臺(tái)新儀器的驗(yàn)收中初步進(jìn)行使用,取得較好效果。

　　3 　熱量計(jì)檢驗(yàn)方法

　　3.1 　熱量計(jì)精密度檢驗(yàn)

　　3.11 　熱容量C 測(cè)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(jì)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(yàn)結(jié)果的平均值(.E) 和標(biāo)準(zhǔn)差,其相對(duì)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(yàn),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(duì)標(biāo)準(zhǔn)差都超過0.2 %,則應(yīng)對(duì)試驗(yàn)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(cè)試

熱容值

〈1500(J/K)

9000～11000(J/K)

14000～15000(J/K)

級(jí)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(yàn)熱容量精密度測(cè)試結(jié)果(見表2) 。試驗(yàn)表明:級(jí)差≤40J / K;RSD = 0.108 % (遠(yuǎn)小于0.20 %) 精密度測(cè)試合格。

表2 　苯甲酸連續(xù)試驗(yàn)熱容量精密度

苯甲酸質(zhì)量g

熱容量(J/k)

平均值(J/k)

級(jí)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(cè)定　取約0.17g 和1.13g 苯甲酸測(cè)量燃燒值,計(jì)算其熱值誤差ΔQ ,該值不超過60J / g 時(shí),合格。其中ΔQ = QA

-QS ( QA 為測(cè)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(yàn)表明誤差≤60J / g 合格。

表3 　熱值誤差測(cè)定

苯甲酸質(zhì)量（g）

測(cè)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(jì)準(zhǔn)確度檢驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)煤樣測(cè)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(cè)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(yàn)我們發(fā)現(xiàn),采用苯甲酸進(jìn)行準(zhǔn)確度測(cè)試合格后標(biāo)準(zhǔn)煤樣測(cè)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(cè)試該儀器準(zhǔn)確度(見表4) ,試驗(yàn)表明標(biāo)煤測(cè)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(cè)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(cè)試結(jié)果

標(biāo)煤號(hào)

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(cè)定值(J/g)

△(J/g)

評(píng)價(jià)

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(yàn)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(duì)技術(shù)人員提出更高層次的要求，上述方法既可用于檢測(cè)單位驗(yàn)收新購入的熱量計(jì)，也可用于在熱量計(jì)的周期性測(cè)試中判斷設(shè)備性能的優(yōu)劣并針對(duì)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(jì)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(cè)定方法GB/

T1213-2003》