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煤的發(fā)熱量測定存在的問題和解決措施

文檔作者：王希東文檔來源：霍林河露天煤業(yè)股份有限公司煤炭運銷公司中心化驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月27日
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· 48 · 露天采礦技術(shù) 2011年第4期
煤的發(fā)熱量測定存在的問題和解決措施
王希東
(霍林河露天煤業(yè)股份有限公司煤炭運銷公司中心化驗室， 內(nèi)蒙古霍林郭勒029200)
摘要：依據(jù)最新的GB／T213—2008(煤的發(fā)熱量測定方法》，對本試驗室中熱量測定操作普遍存在的問題
進行分析和解決，盡可能消除試驗環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差，從而有效地提高煤的發(fā)熱量測定的準(zhǔn)確性，維護好企業(yè)
的經(jīng)濟利益。
關(guān)鍵詞：國家標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)熱量測定；準(zhǔn)確性
中圖分類號：TQ533．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671—9816(2011)04—0048—04
煤炭的發(fā)熱量是燃料利用的一個重要特性指
標(biāo)。燃料的商務(wù)管理、火力發(fā)電廠的生產(chǎn)運行、電廠
燃料消耗定額的編制和供應(yīng)計劃、發(fā)電成本核算及
能量利用效率的統(tǒng)計等等，都必須以煤的發(fā)熱量為
依據(jù)。煤炭的定價及結(jié)算采用的是以發(fā)熱量為主的
計價體系。準(zhǔn)確測定煤炭的發(fā)熱量，對于廠礦的安全
生產(chǎn)和經(jīng)濟運行具有重要意義。
1 發(fā)熱量測試簡介
目前，在發(fā)熱量測定中使用的實驗方法一般都
是采用氧彈式自動量熱儀進行，其主要工作形式有
2種：絕熱式和恒溫式。它們的量熱系統(tǒng)被包圍在充
滿水的雙層夾套(外筒)中，其差別只在于外筒及附
屬控溫裝置。由于恒溫式自動量熱儀系統(tǒng)較簡單，操
作方便，設(shè)備可靠等優(yōu)點，因此在國內(nèi)使用較多。我
礦試驗室選用的是長沙開元儀器有效公司生產(chǎn)的恒
溫式自動量熱儀，型號為5E—AC／2PL，主要由氧彈、
內(nèi)筒、外筒、測溫元件、點火裝置、攪拌器和控制系統(tǒng)
等組成。
自動量熱儀的工作原理是：取一定量的燃料試
樣，置于氧彈中，向氧彈內(nèi)充人過量的氧氣，再將氧
彈置于一定量的水中，讓試樣在氧彈中燃燒，釋放出
熱量被氧彈及周圍的水吸收，準(zhǔn)確測定水的升溫值。
在一定溫度下吸收熱量的水及水中各個器件構(gòu)成的
量熱體系的熱容量是一個常數(shù)，可按下式計算試樣
的發(fā)熱量。
0=E( to)／／'n
收稿日期：2011-05-20
作者簡介：王希東(1970一)，男，1991年畢業(yè)于重慶煤炭
工業(yè)學(xué)校選煤專業(yè)，2004年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)工商管
理專業(yè)。助理工程師?，F(xiàn)在從事采刺化工作。
其中：Q一燃料試樣的發(fā)熱量，J／g；
m一燃料試樣的質(zhì)量，g；
E一量熱體系的熱容量，J／K；
to一量熱體系在試驗開始燃燒時的溫度，℃；
一
’量熱體系在試樣燃燒完畢且熱量釋放完
全，系統(tǒng)所達(dá)到的最高溫度，℃。
2 發(fā)熱量測試中遇到的問題及分析
近幾年通過對實驗室中發(fā)熱量測試過程的觀察
跟蹤，發(fā)現(xiàn)由于實驗人員的操作不規(guī)范和設(shè)備的校
驗維護工作執(zhí)行不到位，造成發(fā)熱量測試中出現(xiàn)一
些無序的和周期性的問題：主要有電磁閥故障，水質(zhì)
惡化，可燃物未燃盡等，直接導(dǎo)致測試結(jié)果重復(fù)性超
差，精密度大大降低。測試結(jié)果的偏差及準(zhǔn)確度降低
情況，見表1。
2．1 電磁閥故障現(xiàn)象及原因
在5E—AC中，電磁閥故障是一種比較普遍的問
。表1- 發(fā)熱量測試中存在的問題
繞汁項所 例 危害性
露天采礦技術(shù) 2011年第4期 ·49·
題，在實驗中常表現(xiàn)為測試結(jié)果偏高，重復(fù)性限超
差。電磁閥故障常發(fā)生放水閥側(cè)，檢查能發(fā)現(xiàn)閥出口
有水滲出和滴漏。這是由于卡煞或者關(guān)閉不嚴(yán)而導(dǎo)
致內(nèi)筒水量發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)內(nèi)筒無水的情況，導(dǎo)
致測試結(jié)果偏高。電磁閥故障產(chǎn)生的原因有：
(1)電磁閥閥芯和閥座處被雜質(zhì)卡住，多為點火
絲燃燒產(chǎn)生的圓珠狀殘渣和點火絲殘余部分，也發(fā)
生過小布條卡煞的案例。 r
(2)閥芯橡皮墊缺損，關(guān)閉不嚴(yán)密。
(3)閥芯上部銹蝕、卡死導(dǎo)致電磁閥失效。
2．2 工作介質(zhì)一水
作為整個量熱系統(tǒng)中進行熱量吸收的工作介
質(zhì)，水質(zhì)的惡化常常難以引起實驗人員的注意。在進
行長時間的實驗后，水質(zhì)會變黃變濁，水中懸浮顆粒
大大增加。水質(zhì)惡化會引起內(nèi)筒中水吸熱不均，溫度
分布不均，導(dǎo)致發(fā)熱量測試產(chǎn)生較大的偏差，常引起
測試值偏高。
水質(zhì)惡化的原因主要是：①實驗員試驗時不注
意，通過手或者氧彈，將煤粉或其他微小雜質(zhì)帶人內(nèi)
筒中；②空氣中的灰塵，水中微生物的繁殖；③備用
水箱、連接管道閥門的銹蝕影響水質(zhì)。
2．3 氧彈問題
氧彈漏氣是測定發(fā)熱量時經(jīng)常遇到的故障之
一
。它輕則造成試樣燃燒不完全，試驗作廢，影響試
驗進程；重則在點火瞬間，造成儀器損壞，甚至危及
人身安全。氧彈漏氣的原因如下：
(1)彈頭和彈體結(jié)合處漏氣：常見原因是該處所
用墊圈干燥或存有積水。
(2)氧彈進氣處漏氣：多因該處墊圈不合適或老
化損壞。
(3)氧彈各部件結(jié)合處磨損漏氣：這是由于使用
頻繁或時間過久，造成絲扣磨損所致。
2．4 水溫變化引起的問題
當(dāng)室溫發(fā)生比較大的變化或者使用量熱儀連續(xù)
多次進行發(fā)熱量測試時，工作介質(zhì)本身的溫度上升，
會引起量熱儀的熱容量上升，導(dǎo)致測試結(jié)果偏低。
(1)室溫不恒定或者變化較大，引起重復(fù)樣測試
或單樣測試時水溫發(fā)生變化。
(2)試樣較多時，連續(xù)試驗次數(shù)增多，使整個系
統(tǒng)水溫急劇上升。
(3)系統(tǒng)因為試驗中水的損失以及水分的蒸發(fā)，
系統(tǒng)缺水不能及時補足導(dǎo)致試驗后水溫上升。
2．5 煤樣燃燒不完全
在實驗結(jié)束后，通過檢查可燃物的燃盡情況，常
發(fā)現(xiàn)在氧彈的筒壁，坩堝支架及坩堝中有未燃盡的
可燃物，可燃物未燃盡就會有熱量的損失，也因此常
常導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。其產(chǎn)生的原因有：
(1)操作過程中的失誤，導(dǎo)致煤樣撒出。
(2)對特殊煤樣未能正確處理。
(3)充氧儀故障，氧彈中沒有充足的氧氣。
(4)氧彈漏氣導(dǎo)致燃燒時氧氣不足。
2．6 測試拖尾
一般測試點火后，其主期溫升達(dá)到最高點后開
始下降，經(jīng)量熱儀確認(rèn)后會自動結(jié)束測熱實驗，一般
這個過程為7～8 min。而出現(xiàn)問題時，主期溫度達(dá)
到最高點后，溫度下降不明顯或者主期溫升曲線斜
率偏小，使得程序無法結(jié)束而延長實驗時間，或者實
驗作廢。此問題的原因一般為： ．
(1)攪拌器的攪拌速度達(dá)不到要求，攪拌桿上的
葉片折損或角度不對。
(2)氧彈中的氧氣壓力不足或者氧彈漏氣引起
的煤樣燃燒放熱過程延長。
(3)測溫元件老化、故障、污損。
3 解決措施
發(fā)熱量測試中出現(xiàn)設(shè)備故障多數(shù)是由于人員操
作不當(dāng)和設(shè)備部件老化未及時更換及校驗工作未正
確執(zhí)行引起的，因此故障解決措施必須結(jié)合操作、設(shè)
備部件使用周期和校驗進行糾正，杜絕故障。
3．1 電磁閥故障處理和解決措施
電磁閥故障90％以上是放水閥關(guān)閉不嚴(yán)引起的
內(nèi)筒水量減少，少數(shù)情況下進水閥關(guān)閉不嚴(yán)也會引
起外筒和內(nèi)筒水位的同時降低，這樣單位體積的水
吸熱增加，水溫上升，引起測試結(jié)果偏高，嚴(yán)重時會
偏高2 000～3 000 J／g。在判明故障閥后，拆下電磁
閥進行清洗，如發(fā)現(xiàn)銹蝕卡煞等現(xiàn)象應(yīng)及時更換新
的電磁閥。
針對電磁閥故障偏多，且對試驗結(jié)果的影響相
當(dāng)大，因此必須首先重點解決電磁閥被雜質(zhì)卡煞的
問題。比如點火絲的殘渣，布條等，這些雜質(zhì)都是通
過氧彈底部粘附帶人設(shè)備的，實驗室操作臺上也是
非常容易臟污的地方。因此要求實驗員在操作臺最
合適的位置放置廢液、廢渣集中杯，方便廢液廢渣的
集中處理，不允許隨手亂扔，特別是試驗結(jié)束后點火
絲殘余段測量后放人集中杯。其次要求實驗員在每
次試驗前后必須將操作臺擦拭干凈，用于擦拭氧彈
·50 · 露天采礦技術(shù) 2011年第4期
的布必須選用不掉毛的，試驗前必須洗干凈。這些措
施的目的就是要防止雜質(zhì)帶入系統(tǒng)。
電磁閥閥芯常處于水中，其橡皮墊老化，閥芯銹
蝕是難以避免的，因此要為電磁閥建立技術(shù)檔案，詳
細(xì)記錄其更換時間和周期，以制定出精確的設(shè)備使
用壽命周期。在此周期前應(yīng)更換電磁閥，這樣可以很
好地避免問題的產(chǎn)生。
3．2 水質(zhì)問題的解決方案
水質(zhì)惡化的處理就是及時進行內(nèi)部清洗，更換
工作介質(zhì)。在更換后，由于更換的水與室溫有一定的
差別，比較妥當(dāng)?shù)淖龇ㄊ菍⒘繜醿x靜置1—2 d，使
水溫與室溫接近后再進行熱容量的標(biāo)定。
· 解決水質(zhì)易惡化的措施有：
(1)發(fā)熱量試驗操作前，試驗人員必須將手上的
灰塵洗干凈。因為在前面的全水分試驗中的揮發(fā)份
等操作時手都會沾染灰塵和煤樣。
(2)試驗人員必須每天清理操作臺，清除試驗遺
留物，試驗工具歸入原位。
(3)清擦氧彈和內(nèi)筒水跡的布須選用不易掉毛
的專用布。
(4)通過實踐，要保證水質(zhì)的清潔，其更換周期
一般是1年2次，以6月和10月份為宜，同時將熱
容量標(biāo)定工作也同時完成?！@樣既能保證水質(zhì)不發(fā)
生大的變化，又能同時與校驗工作結(jié)合起來，使工作
更加合理。
3．3 氧彈漏氣問題
氧彈漏氣主要是由于密封圈老化引起的，處理
時可以換上合適的密封圈即可。但是遇到氧彈因長
期使用磨損造成絲扣滑牙或者操作時沒有擰緊氧彈
蓋的情況是相當(dāng)危險的，在點火時會產(chǎn)生接近10
MPa的壓力，造成設(shè)備損壞或者人員受傷。因此，必
須定期對氧彈外觀進行檢查和水壓試驗，以保證試
驗安全。
氧彈漏氣會引起測試結(jié)果偏低。解決措施有：
(1)在氧彈充氧后，必須進行氣密性檢查試驗。
具體操作：使用氧彈勾手勾起氧彈，輕放于氣密性試
驗桶中，氧彈要完全浸沒在水中，仔細(xì)觀察彈蓋與彈
筒的結(jié)合處、彈頭針型閥處，如有持續(xù)氣泡冒出，則
表明氧彈漏氣，需要進行處理。確認(rèn)無漏氣之后，用
毛巾將氧彈擦干凈。
(2)建立制度，定期更換氧彈密封圈。在我廠的
量熱儀維護實踐中，以1個月更換一次為宜。
3．4 自動量熱儀測試時間明顯拖尾的解決措施
首先對故障原因進行分析，逐個檢查，找出故障
原因并做相應(yīng)處理。
(1)如果是由攪拌器故障或是測溫儀臟污引起
的，應(yīng)及時進行備品備件的更換。
(2)氧彈氧氣壓力不足應(yīng)及時檢查氧彈是否漏
氣，充氧儀是否有問題，并加以解決。在進行高熱值
煤樣的測試時，應(yīng)適當(dāng)提高氧氣壓力，這樣可以保證
煤樣在規(guī)定的時間內(nèi)完全燃燒，而不會造成拖尾的
現(xiàn)象。
一般此種故障多數(shù)由攪拌器攪拌效率降低引起
的，應(yīng)根據(jù)部件使用周期及時更換，杜絕此種現(xiàn)象的
產(chǎn)生。當(dāng)然因充氧儀存在問題或者實驗前未檢查氣
瓶壓力引起的氧彈壓力不足的案例也是很多的，關(guān)
鍵是要實驗員養(yǎng)成規(guī)范的操作習(xí)慣和良好的技能素
養(yǎng)。
3．5 水溫變化的解決措施
首先，試驗室要按照國標(biāo)規(guī)定的要求建立，保證
溫度恒定在15—30℃的范圍內(nèi)。其次，在一些一次
連續(xù)進行大批量煤樣試樣的試驗室，應(yīng)選用備用水
箱比較大的立式量熱儀為宜，這樣進行連續(xù)測試時
水溫上升不是很快。其三，可以選用具有自動調(diào)節(jié)水
溫功能的量熱儀，保證連續(xù)測試時水溫變化不大。但
這種量熱儀使用時還是要注意水溫與室溫是否接
近，否則結(jié)果反而容易出現(xiàn)偏差。最后，比較有效的
方式是對量熱儀進行熱容量有效工作范圍的確定，
具體操作方式參照GB／T'213—2008。
3．6 煤樣燃燒不完全的解決措施
解決煤樣燃燒不完全的措施，主要在于提高人
員的操作水平，規(guī)范操作步驟上。首先，實驗人員在
將煤樣裝進氧彈過程中不能發(fā)生撒樣，煤樣彈出等
問題。其次，氧彈充氧后必須進行氣密性檢查。第三，
實驗結(jié)束后，必須對氧彈中的可燃物進行檢查，如發(fā)
現(xiàn)黑色可燃物必須檢查充氧設(shè)備和氧彈，無問題后
重新進行測試。
除了以上常規(guī)措施外，還要重視實驗人員處理
特殊煤樣的技能水平。根據(jù)煤樣的燃燒特性的不同，
在對一些特殊煤樣試驗前必須采取一些預(yù)處理措施
處理煤樣，以保證煤樣的完全燃燒。
(1)高揮發(fā)份、易飛濺煤樣的處理。
①用已知質(zhì)量和熱值的擦鏡紙等包裹緊后再進
行測試。
②用壓餅機將煤樣壓制后，切成2—4 rnm的小
塊使用。
露天采礦技術(shù) 2011年第4期 ·51·
③點火絲中部尖端與煤樣保持1 cm左右的距
離。
在實際試驗中，第一種方法一定程度上可以抑
制飛濺，但有時因煤樣沒有壓緊還是會產(chǎn)生未燃燼
物或者飛濺；另外，擦鏡紙等添加物熱值的測定和保
存時也會產(chǎn)生誤差，往往導(dǎo)致最終測定結(jié)果的偏低，
因此效果一般。第二種方法是人工壓制成餅，餅樣表
面很難保證不黏附其他雜質(zhì)，且又不易觀察出來，這
種方法操作繁瑣，用時較長，容易造成煤樣污染而導(dǎo)
致測試結(jié)果產(chǎn)生偏差，效果較差。第三種方法相較上
兩種方法操作簡單，而且更容易掌握，并不需要什么
特殊處理，只需將點火絲位置拔高，試驗中的效果也
較好。
(2)對不易燃燒完全的劣質(zhì)無煙煤的處理。
①適當(dāng)提高充氧壓力；②在試樣中摻人已知熱
值的煙煤或者苯甲酸壓制后進行測試；③在燃燒皿
底部鋪一層經(jīng)過800~C灼燒過的酸洗石棉，用手壓
實；④選用材質(zhì)較薄，底較淺的坩堝，坩堝底部應(yīng)有
明顯弧度；⑤用已知質(zhì)量和熱值的擦鏡紙包裹好用
手壓實。
對于不易燃燒的劣質(zhì)煤，可采用墊酸洗石棉并
適當(dāng)提高充氧壓力的方法進行測試，效果較好。在試
樣中摻入煤樣、苯甲酸的方法或利用擦鏡紙包裹，操
作較繁雜，效果也不是很好，故不推薦使用。
4 效果檢查
煤的發(fā)熱量測試是一項操作規(guī)范性相當(dāng)強，設(shè)
備運行條件要求相當(dāng)高的試驗。我們試驗室通過對
最新的GBFI'213—2oo8——《煤的發(fā)熱量測定方法》
的解讀，從規(guī)范試驗操作步驟，建立設(shè)備使用維護技
術(shù)檔案，完善設(shè)備校驗等制度人手，對試驗中經(jīng)常遇
到的問題進行分析探索，也找到了一些預(yù)防問題發(fā)
生的解決措施。
通過這些改進，我們也對試驗過程和試驗結(jié)果
進行效果檢查，對改進前和改進后各提取的千次連
續(xù)發(fā)熱量試驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了對比(見表2)。
表2 改進前后發(fā)熱量試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比
從表2的數(shù)據(jù)可以看出，雖然改進前后煤樣的
發(fā)熱量測試結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度都達(dá)到要求，但
改進后設(shè)備的故障率和試驗結(jié)果的作廢次數(shù)大幅降
低，測試的精密度和測試結(jié)果的準(zhǔn)確度都有了很大
的提高。
5 建議
本文認(rèn)為要做好煤的發(fā)熱量測定工作，關(guān)鍵是
加強人員技能培訓(xùn)，結(jié)合國標(biāo)和日常問題，完善和規(guī)
范操作標(biāo)準(zhǔn)，提高試驗人員對故障的判斷和處理的
能力，防止出現(xiàn)人為因素造成的誤差；其次是技術(shù)人
員對熱容量、自動校正系數(shù)等問題必須加深認(rèn)識，建
立和規(guī)范自動量熱儀的校驗工作制度，并按照規(guī)定
由部門專工定期檢查校驗執(zhí)行情況和設(shè)備使用情
況；第三在設(shè)備的維護保養(yǎng)方面，要為設(shè)備部件包括
水質(zhì)等做好使用周期的技術(shù)臺賬，在關(guān)鍵部件未發(fā)
生問題之前進行更換，可以有效地防止試驗過程中
出現(xiàn)大的問題。
發(fā)熱量測試結(jié)果偏高，會帶來煤樣熱值虛高，煤
炭結(jié)算價格升高，煤耗增加，使企業(yè)經(jīng)濟利益蒙受受
損；同樣熱值偏低也會引起一些不必要的與供貨商
之間的糾紛，更會導(dǎo)致鍋爐燃燒的問題。因此，提高
發(fā)熱量測試結(jié)果的準(zhǔn)確性是相當(dāng)重要的課題。以上
經(jīng)驗可供同行借鑒。
參考文獻(xiàn)：
GB／T213—2008．煤的發(fā)熱量測定方法[s 3．

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