第二節 燃料與燃燒的監測技術

一、概述

燃料通常是指能夠通過燃燒過程而將化學能轉換為熱能的物質。它包括所有的化石燃料(如煤、石油、天然氣、油頁巖等)及由化石燃料加工而成的其他含能體(如煤氣、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、液化石油氣、丙烷、甲烷、乙醇等)、生物質燃料(如薪柴)以及由生物質燃料加工而成的含能體(如沼氣)。

燃料燃燒是化學能轉換為熱能的最主要方式。鍋爐是將燃料燃燒的化學能轉變為工質熱能的主要設備。鍋爐產生的蒸汽或熱水也是一種優質的二次能源，除用于發電外，也廣泛用于冶金、化工、輕工、食品等工業部門，而且是采暖的熱源。

將燃料的化學能轉換為熱能的設備除鍋爐外還有工業爐窯。工業爐窯量大面廣，類型繁多。例如，冶金工業中就有煉鐵高爐，煉鋼平爐、轉爐，軋鋼連續加熱爐、罩式退火爐，煉銅反射爐;建材工業中有水泥回轉窯、立窯、磚瓦焙燒窯，陶瓷和磚瓦隧道窯，玻璃池窯;這些工業爐窯有的燒煤，有的采用重油、焦炭，機械工業中的各種熱處理爐，化鐵沖天爐等。或天然氣作燃料，都是能耗大的裝置。目前，我國大多數工業爐窯技術落后，熱效率低，節能潛力大，是技術改造的重點。

為了使燃料高效地燃燒，必須了解各種燃料的成分和化學組成，因此需要對燃料進行分析。通常燃料分析有元素分析、工業分析和成分分析。對固體燃料主要進行元素分析和工業分析;對液體燃料使用元素分析，氣體燃料多采用成分分析。本節將簡要介紹有關燃料分析和燃燒監測技術，主要是煤的分析和煤燃燒監測技術。

二、燃料的采樣和制樣

煤是一種粒度和組成極不均勻的大宗散狀物料，可簡單視為水分、有機質和無機礦物質的三元混合物。煤質分析包括采樣、制樣、化驗三個環節。從統計角度看，若誤差用方差表示，則煤質分析的總誤差有80%來源于采樣，有16%來源于制樣，化驗僅占4%。通常從一批量的商品煤中抽出幾百千克煤樣，經過一系列破碎、縮分，制成所需的分析煤樣后，該批煤的質量指標就已被確定。可見，采取有代表性的煤樣，并將其無誤差地制備成分析試樣，是取得可靠數據的關鍵。

經常遇到供需雙方關于灰分、水分，尤其是發熱量的糾紛。究其原因，主要由于雙方沒有嚴格按照國家標準規定的方法進行操作，偶然誤差較大。

所謂煤的采樣就是從大量煤中采取具有代表性的一部分煤的過程。在鍋爐熱效率的測試中對燃料的取樣有如下規定：

(1)人爐原煤取樣，每次測試采集的原始煤樣數量不少于總燃煤量的1%，并且總取樣量不少于10kg，取樣應在稱重地點進行;當鍋爐額定蒸發量(額定熱功率)大于或者等于20t/h(14MW)時，采集的原始煤樣數量不少于總燃料量的0.5%。

(2)對于液體燃料，從油箱或者燃燒器前的管道上抽取不少于1L樣品，裝入容器內，加蓋密封，并且做上封口標記，送化驗室。

(3)城市煤氣及天然氣的成分和發熱量通常可由當地煤氣公司或者石油天然氣公司提供，對于其他氣體燃料，可在燃燒器前的管道上開一取樣孔，接上燃氣取樣器取樣，進行成分分析，氣體燃料的發熱量可按其成分進行計算。

(4)對于混合燃料，可根據入爐各種燃料的元素分析、工業分析、發熱量和全水分再按相應基質的混合比例求得對應值，然后作為單一燃料處理。

取樣后還需對樣品進行制樣。制樣過程包括破碎、過篩、摻合、縮分、干燥5個環節，當需要使用浮煤做分析化驗時，還要進行減灰。破碎的目的是減小黏度，增加煤粒分散程度，改善煤的不均勻度;為使煤樣破碎到必要的粒度，要用各種篩孔的篩子篩分;摻合則是使縮分后的煤樣不失去代表性，每次縮分前都應摻合，使其均勻化，摻合煤樣采用堆錐法;縮分的目的是使煤樣減少，又不失去其代表性;干燥能使煤樣暢通地通過破碎機、縮分機、二分器和篩子時，不致黏附在篩上;對需減灰的煤樣，將原始煤樣放人重液中進行浮選，達到減灰的目的。

原始煤樣必須全部通過25mm的方孔篩后，方允許縮分，即篩分后務必將篩子上方粒徑大于25mm的塊煤破碎后全部通過孔徑25mm的篩子。在煤樣縮制過程中，務必遵循煤樣粒度與最小保留量之間的關系。這是因為煤是一種散狀物料，它存在一個可以保持與原物料組成相一致的最小保留量。如樣品保留量增大，就會不必要地增加制樣的工作量，故實際制樣時是期望能夠滿足制樣精密度要求又不必保留過多的樣品。

此外，還需注意分析煤樣的制備即存查煤樣的留取。分析煤樣可用小于1mm方孔篩或小于3mm圓孔篩的煤樣來直接制取。當用小于1mm方孔篩制取樣品時，因小于1mm的煤樣的最小保留量應為0.1kg，故不必縮分。如上述小于1mm的煤樣達到空氣干燥狀態，就可以應用制粉機制成小于0.2mm的分析煤樣。當然試樣也可以在達到小于0.2mm后達到空氣干燥狀態。制備好的分析煤樣，應裝在帶磨口塞的廣口瓶中，瓶中所裝煤量不宜超過煤樣瓶的3/4。

當用小于3mm圓7L篩制取小于3mm的樣品時，因小于3mm的煤樣的最小保留量應為3.75kg，而小于0.2mm的煤樣僅需保留0.1kg，故必須對上述小于3mm的3.75kg煤樣用二分器連續縮分5次。進行縮分操作時，將小于3mm、3.75kg煤樣，先用二分器縮分兩次，此時保留的樣品為0.94kg，然后將它摻合3遍，堆錐壓成煤餅后按9點法取出100個來制備分析煤樣，余下的0.84kg作為存查煤樣。

制樣全過程精密度的檢驗接國家標準執行，存查煤樣保留的樣品量不小于0.5kg，自報出試驗結果之日起，一般保留時間為2個月。