任明香 吳梅

（首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 六盤水 553000）

一、煤的發(fā)熱量定義及發(fā)熱量數(shù)學(xué)模型

煤炭發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量。目前水鋼發(fā)熱量的測(cè)定采用自動(dòng)量熱儀，采用氧彈量熱法。測(cè)定工作原理：稱取一定量的煤試樣于氧彈熱量計(jì)中，在充有過量的氧氣中燃燒，放出的熱量被一定量的水吸收，根據(jù)水溫的升高來計(jì)算煤樣的發(fā)熱量。工業(yè)燃燒設(shè)備中煤炭發(fā)熱量常用的收到基低位發(fā)熱量,數(shù)學(xué)模型：Qnet,ar=(Qgr,ad-206Had)*-23Mt..............(1)

式中：Qnet,ar—收到基煤的低位發(fā)熱量(J/g);Mt—煤的全水分(%);Mad—煤的空氣干燥基水分（%）；Had—煤的空氣干燥基氫值(%);Qgr,ad—空氣干燥基高位發(fā)熱量(J/g);206—煤中每1%氫的氣化熱校正值(J/g)；23—煤中每1%水分氣化熱校正值(J/g)。

干燥基高位發(fā)熱量數(shù)學(xué)模型:

Qgr,d=Qbad-(94.15*Sbad+a*Qbad)*..............(2)

式中：Qgr,d—干燥基煤的高位發(fā)熱量(J/g);Qbad—煤的彈筒發(fā)熱量(J/g);Sbad—由彈筒洗液測(cè)得的煤的含硫量（%）;Mad—煤分析基水分（%）;94.15—煤中每1%硫?qū)嶂档男Ｕ担↗/g）;a—硝酸校正系數(shù)。由數(shù)學(xué)模型可知，彈筒發(fā)熱量換算到高位發(fā)熱量，若設(shè)定全硫值不變，彈筒發(fā)熱量Qbad 計(jì)算干燥基高位發(fā)熱量時(shí)，水分Mad 對(duì)計(jì)算值有影響。

由高位發(fā)熱量換算到低位發(fā)熱量。收到基低位發(fā)熱量主要涉及干基氫值和水分，煤中的氫值主要受煤種的影響，對(duì)同類煤而言，氫值(Had)的變化不大。若設(shè)定氫值不變，Mad(煤空干基水分)及(Mt 煤全水分)，即煤的水分對(duì)煤的發(fā)熱量影響大。

二、煤中水分測(cè)定對(duì)發(fā)熱量影響分析

全水分(Mt)，是煤中所有內(nèi)在水分和外在水分的總和?？諝飧稍锘?Mad)，指煤炭在空氣干燥狀態(tài)下所含的水分。也可以認(rèn)為是內(nèi)在水分。煤中水分是煤進(jìn)化程度的考量指標(biāo)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)狀態(tài)又可分為內(nèi)在水分和外在水分兩種，吸附和凝聚在煤粒內(nèi)部毛細(xì)孔中的水稱為內(nèi)在水分，附著在煤粒表面上的水稱為外在水分。日常所說的煤的水分是指在環(huán)境溫度和濕度下，煤與大氣達(dá)到接近平衡時(shí)所失的那部分水(外在水)和留下來的內(nèi)在水分。

外在水分通常在45℃～50℃的溫度下經(jīng)過一定時(shí)間后即能蒸發(fā)掉，內(nèi)在水分比外在水分較難蒸發(fā)，要在105℃～110℃的溫度下經(jīng)過一定時(shí)間后才能蒸發(fā)掉。煤的水分受煤種及環(huán)境溫度濕度影響較大，在測(cè)定中的關(guān)鍵問題是保證原來煤樣的水分沒有損失也沒有增加，制樣人員及化驗(yàn)人員在操作中需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化要求執(zhí)行，煤的水分樣品需保存在密封良好的容器內(nèi)，勿放在陽光直射及高溫設(shè)備旁。制樣過程需快速，避免吸潮或水分揮發(fā)。樣品到達(dá)化驗(yàn)室后立即測(cè)定，若無法立即測(cè)定立即稱量，必須進(jìn)行水分損失校正。

在實(shí)際試驗(yàn)檢測(cè)中出現(xiàn)過，同一種煤由于測(cè)定水分樣品未保存在密閉良好的容器內(nèi)或送到化驗(yàn)室未及時(shí)測(cè)定或制樣不嚴(yán)格未按照國(guó)標(biāo)執(zhí)行，測(cè)定的水分產(chǎn)生誤差造成發(fā)熱量存在較大誤差。因此要求煤樣制樣人員及化驗(yàn)人員在操作中嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化要求，避免測(cè)定的發(fā)熱量結(jié)果因水分測(cè)定誤差而發(fā)生錯(cuò)誤，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

同一廠家燒結(jié)煤同一發(fā)站，固定碳越高的煤，其發(fā)熱量也越高。如表所示：

從以上統(tǒng)計(jì)表分析得出，同一廠家同一煤種同一發(fā)站，固定碳越高的煤，其發(fā)熱量也越高：FCad=100-(Mad+Aad+Vad),由公式可以判斷其固定碳與灰分產(chǎn)率、揮發(fā)分產(chǎn)率、水分有關(guān)，由此可知，灰分越高的煤，其固定碳就越低；在相同灰分的條件下，揮發(fā)分越低的煤，固定碳就越高。

三、發(fā)熱量過程中的影響因素

依據(jù)氧彈發(fā)熱量測(cè)定工作原理，首先要解決熱量計(jì)的熱容量的標(biāo)定問題，即儀器量熱系統(tǒng)溫度每增加1 度需要吸收的熱量，可通過一定量的基準(zhǔn)量熱物質(zhì)苯甲酸來標(biāo)定。

（一）苯甲酸標(biāo)定熱容量對(duì)發(fā)熱量測(cè)定的影響

熱容量是量熱儀非常重要的參數(shù)，其標(biāo)定的正確與否直接對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生重大影響。必須使用經(jīng)國(guó)家計(jì)量部門檢定合格并標(biāo)明熱值的二級(jí)或二級(jí)以上的基準(zhǔn)量熱物-苯甲酸。按GB/T213 中規(guī)定的方法標(biāo)定熱容量，確定在不同試驗(yàn)溫升下需使用的實(shí)際熱容量值。

（二）量熱儀運(yùn)行外部環(huán)境的影響

氧彈量熱儀測(cè)定發(fā)熱量解決量熱系統(tǒng)與外界的熱交換問題，采用在量熱系統(tǒng)周圍加雙壁水套，通過控制水套溫度消除或校正量熱系統(tǒng)與外界的熱交換。根據(jù)試樣燃燒前后量熱系統(tǒng)產(chǎn)生的溫差，對(duì)附加熱進(jìn)行校正后得出煤的發(fā)熱量。由于自動(dòng)量熱儀中數(shù)顯溫度計(jì)內(nèi)元器件大部分是集成塊及電子元器件，溫度過低過高將影響元器件的功能。

（三）內(nèi)外筒水的影響

自動(dòng)量熱儀內(nèi)筒水是從外筒水注入的，在從外筒向內(nèi)筒水注入時(shí)，水量和水的純凈度要保持一致。自動(dòng)量熱儀內(nèi)筒水的熱容量在整個(gè)儀器的熱容量中占相當(dāng)?shù)牡谋戎兀捎谒谋葻彷^大，內(nèi)外筒水的量不一致將會(huì)使儀器的熱容量發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)熱量的測(cè)定誤差。量熱儀電磁閥，進(jìn)水閥和放水閥易被點(diǎn)火絲、雜質(zhì)或其他殘?jiān)氯?，需要隨時(shí)檢查和及時(shí)清理，保持水中無雜質(zhì)。

（四）煤樣稱量操作的影響

按照國(guó)標(biāo)GB/T213-2008 測(cè)定發(fā)熱量時(shí)要求空氣干燥煤樣的粒度必須小于0.2mm，質(zhì)量0.9～1.1g(稱準(zhǔn)至0.0002g)。松散的煤樣在燃燒時(shí)會(huì)發(fā)生飛濺，會(huì)引起發(fā)熱量測(cè)定值偏低而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。所以在測(cè)定過程中一定要將稱取的煤樣充分混合均勻，再把稱取的松散煤樣輕輕壓實(shí)。重復(fù)測(cè)試時(shí)，稱樣、測(cè)量要同時(shí)進(jìn)行，防止煤樣吸收水分而導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生誤差，所以2 個(gè)煤樣稱量間隔時(shí)間不能太長(zhǎng)。

（五）煤樣燃燒不完全的影響

在測(cè)定完發(fā)熱量后，燃燒皿中會(huì)出現(xiàn)剩余的煤樣，這些煤樣都是因?yàn)槿紵煌耆a(chǎn)生的，而煤樣燃燒不完全會(huì)導(dǎo)致測(cè)定的發(fā)熱量數(shù)值比正常值偏低。影響煤樣燃燒不完全的因素有：(1)煤樣本身質(zhì)量的問題。(2)因點(diǎn)火絲操作不當(dāng)(3)氧彈使用不當(dāng)也會(huì)使煤樣燃燒不完全，

結(jié)束語

影響煤炭發(fā)熱量準(zhǔn)確測(cè)定的因素比較多，除以上分析的幾種常見因素外，還有很多我們忽略的。我們只有在實(shí)際工作中本著高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，通過不斷地學(xué)習(xí)和積累，善于發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題，才能確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。