四、燃料發(fā)熱量的測定

燃料發(fā)熱量的測定方法有直接測量和間接測量。前者利用熱量計，后者則是依據(jù)工業(yè)分析或成分分析結(jié)果計算得到。

常用測定煤發(fā)熱量的熱量計，形式多樣，有自動熱量計、精密熱量計、快速熱量計等。對泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤、焦炭、碳質(zhì)頁巖等固體礦物燃料及水煤漿，GB/T213-2008《煤的發(fā)熱量測定方法》規(guī)定了周氧彈量熱法測定煤的高位發(fā)熱量的原理、試驗條件、試劑和材料、儀器設(shè)備、測定步驟、測定結(jié)果的計算、熱容量、儀器常數(shù)標定和方法精密度等，還給出了低位發(fā)熱量的計算方法。

熱量計是由燃燒氧彈、內(nèi)筒、外筒、攪拌器、水、溫度傳感器、試樣點火裝置、溫度測量和控制系統(tǒng)構(gòu)成。通常熱量計有兩種，即恒溫式和絕熱式，它們的量熱系統(tǒng)被包圍在充滿水的雙層夾套(外筒)中，它們的差別只在于外筒的控制溫度方式不同，其余部分無明顯區(qū)別。

無水熱量計的內(nèi)筒、攪拌器和水被一個金屬塊代替。氧彈為雙層金屬構(gòu)成，其中嵌有溫度傳感器，氧彈本身組成了量熱系統(tǒng)。圖2-74所示為環(huán)境恒溫式氧彈量熱計。

氧彈是熱量計的關(guān)鍵部件，它是由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻鉬合金鋼制成，需要具備3個主要性能：①不受燃燒過程中出現(xiàn)的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應(yīng);②能承受充氧壓力和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時高壓;③試驗過程中能保持完全氣密。彈筒容積為250～350mL，彈頭上應(yīng)裝有供充氧和排氣的閥門以及點火電源的接線電極。

新氧彈和新?lián)Q部件(彈筒、彈頭、連接環(huán))的氧彈應(yīng)經(jīng)20.0MPa的水壓試驗，證明無問題后方能使用。此外，應(yīng)經(jīng)常注意觀察與氧彈強度有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如彈筒和連接環(huán)的螺紋、進氣閥、出氣閥和電極與彈頭的連接處等，如發(fā)現(xiàn)顯著磨損或松動，應(yīng)進行修理，并經(jīng)水壓試驗合格后再用。

氧彈還應(yīng)定期進行水壓試驗，每次水壓試驗后，氧彈的使用時間一般不應(yīng)超過2年。

當使用多個設(shè)計制作相同的氧彈時，每一個氧彈都應(yīng)作為一個完整的單元使用。氧彈部件的交換使用可能導(dǎo)致發(fā)生嚴重事故。

發(fā)熱量的測定由兩個獨立的試驗組成，即在規(guī)定的條件下基準量熱物質(zhì)的燃燒試驗(熱容量標定)和試樣的燃燒試驗。為了消除未受控制的熱交換引起的系統(tǒng)誤差，要求這兩種試驗的條件盡量相近。

試驗過程分為初期、主期(燃燒反應(yīng)期)和末期。對于絕熱式熱量計，初期和末期是為了確定開始點火的溫度和終點溫度;對于恒溫式熱量計，初期和末期的作用是確定熱量計的熱交換特性，以便在燃燒反應(yīng)主期內(nèi)對熱量計內(nèi)筒與外簡間的熱交換進行正確的校正。韌期和末期的時間應(yīng)足夠長。

五、燃燒的監(jiān)測技術(shù)

為了合理利用燃料、提高燃燒效率必須對燃燒過程進行監(jiān)測。通常燃燒的監(jiān)測主要是對排出燃燒室的燃燒產(chǎn)物，即對煙氣(對固體燃料還包括灰渣)進行測定。煙氣成分的監(jiān)測是檢查燃料燃燒后煙氣中是否存在可燃物，以及氧氣過剩量是否合適。對燃燒固體燃料的爐窯，除了煙氣中存在可燃成分外，爐渣中和飛灰中含碳也會導(dǎo)致熱損失。

(一)煙氣成分的測定

在煙氣成分測量中用得較普遍的是測量煙氣中氧含量的各種氧量計及測量二氧化碳含量的各種二氧化碳分析儀。但隨著色譜分析技術(shù)、質(zhì)譜分析技術(shù)、色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以及紅外光譜分析技術(shù)的迅速發(fā)展，在煙氣成分測量中也越來越多地采用這些先進的測試技術(shù)。

1.煙氣中氧含量的測量

對煙氣中氧含量的測量常采用氧化鋯氧量計和熱磁式氧量計。氧化鋯氧量計的基本原理是，以氧化鋯作為固體電解質(zhì)，在高溫下電解質(zhì)兩側(cè)氧濃度不同時將形成濃差電池，而濃差電池產(chǎn)生的電動勢與兩側(cè)氧濃度有關(guān)，如一側(cè)氧濃度固定，即可通過測量輸出電動勢來測量另一側(cè)的氧含量。在分析煙氣中的氧含量時，常用空氣作為參比氣體。氧化鋯氧量計測量精確度高，響應(yīng)快，維修工作量小，顯示儀器可以數(shù)字式讀數(shù)，也可以模擬式讀教。氧化锫氧量計安裝方式分為抽出式和直插式，后者如圖2-75所示。圖2-76所示為ZrO2氧氣傳感器的結(jié)構(gòu)。

在各種氣體中氧的磁化率特別高，熱磁式氧量計正是利用這一特點而制成的。由于除氧氣外煙氣中各非氧氣成分的容積磁化率均很小(見表2-8)，且有正有負，可互相抵消，因此煙氣的容積磁化率主要取決于煙氣中氧氣的含量。根據(jù)煙氣容積磁化率的大小即可測量其中氧的含量。但直接測量煙氣容積磁化率的大小十分困難，通常是利用順磁性氣體的容積磁化率隨溫度升高而迅速降低的特點，使受熱的順磁性氣體在磁場中形成磁風，并根據(jù)磁風力的大小來確定氣樣中的氧含量。

圖2-77給出了熱磁式氧量計的原理。其傳感器是一帶水平通道的環(huán)形管，在水平通道的外壁上繞有兩個鉑絲加熱電阻R1和R2，它們同時又作為測溫傳感器與另外兩個錳銅絲繞制的固定電阻R3和R4組成測量電橋，電橋的輸出送至二次儀表。在靠近Rl的水平通道進口兩側(cè)放置永久磁鐵的兩個磁極，形成不均勻的永久磁場。被測氣樣從圓柱下部進入后分兩路通過圓環(huán)，在圓環(huán)上部匯合后排出。當氣樣中不含氧時，水平通道中無磁風，R1和R2的溫度相等，因而其電阻值相同，電橋平衡，輸出為零。當含氧氣流通過時，在中間通道會產(chǎn)生磁風，由于磁風先流經(jīng)R1，被加熱后再流經(jīng)R2，所以磁風對R2的冷卻作用比R1為小，使R1和R2的溫度不等，電阻不等，電橋失去平衡，其不平衡程度與磁風的大小有關(guān)，即與氧含量有關(guān)，于是電橋輸出的不平衡電信號可代表氣樣中的氧含量。