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(jì)，后者則是依據(jù)工業(yè)分析或成分分析結(jié)果計(jì)算得到。

常用測定煤發(fā)熱量的熱量計(jì)，形式多樣，有自動(dòng)熱量計(jì)、精密熱量計(jì)、快速熱量計(jì)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(yàn)條件、試劑和材料、儀器設(shè)備、測定步驟、測定結(jié)果的計(jì)算、熱容量、儀器常數(shù)標(biāo)定和方法精密度等，還給出了低位發(fā)熱量的計(jì)算方法。

熱量計(jì)是由燃燒氧彈、內(nèi)筒、外筒、攪拌器、水、溫度傳感器、試樣點(diǎn)火裝置、溫度測量和控制系統(tǒng)構(gòu)成。通常熱量計(jì)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(jì)的內(nèi)筒、攪拌器和水被一個(gè)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(jì)。

氧彈是熱量計(jì)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(gè)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(shí)高壓;③試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)，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(qiáng)度有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如彈筒和連接環(huán)的螺紋、進(jìn)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(dòng)，應(yīng)進(jìn)行修理，并經(jīng)水壓試驗(yàn)合格后再用。

氧彈還應(yīng)定期進(jìn)行水壓試驗(yàn)，每次水壓試驗(yàn)后，氧彈的使用時(shí)間一般不應(yīng)超過2年。

當(dāng)使用多個(gè)設(shè)計(jì)制作相同的氧彈時(shí)，每一個(gè)氧彈都應(yīng)作為一個(gè)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(yán)重事故。

發(fā)熱量的測定由兩個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)組成，即在規(guī)定的條件下基準(zhǔn)量熱物質(zhì)的燃燒試驗(yàn)(熱容量標(biāo)定)和試樣的燃燒試驗(yàn)。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(yàn)的條件盡量相近。

試驗(yàn)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(jì)，初期和末期是為了確定開始點(diǎn)火的溫度和終點(diǎn)溫度;對于恒溫式熱量計(jì)，初期和末期的作用是確定熱量計(jì)的熱交換特性，以便在燃燒反應(yīng)主期內(nèi)對熱量計(jì)內(nèi)筒與外簡間的熱交換進(jìn)行正確的校正。韌期和末期的時(shí)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(jìn)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(jìn)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(huì)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(jì)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(jìn)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(jì)和熱磁式氧量計(jì)。氧化鋯氧量計(jì)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(shí)將形成濃差電池，而濃差電池產(chǎn)生的電動(dòng)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(dòng)勢來測量另一側(cè)的氧含量。在分析煙氣中的氧含量時(shí)，常用空氣作為參比氣體。氧化鋯氧量計(jì)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(jì)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(jì)正是利用這一特點(diǎn)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(fù)，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(diǎn)，使受熱的順磁性氣體在磁場中形成磁風(fēng)，并根據(jù)磁風(fēng)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(jì)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(gè)鉑絲加熱電阻R1和R2，它們同時(shí)又作為測溫傳感器與另外兩個(gè)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(jìn)口兩側(cè)放置永久磁鐵的兩個(gè)磁極，形成不均勻的永久磁場。被測氣樣從圓柱下部進(jìn)入后分兩路通過圓環(huán)，在圓環(huán)上部匯合后排出。當(dāng)氣樣中不含氧時(shí)，水平通道中無磁風(fēng)，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(dāng)含氧氣流通過時(shí)，在中間通道會(huì)產(chǎn)生磁風(fēng)，由于磁風(fēng)先流經(jīng)R1，被加熱后再流經(jīng)R2，所以磁風(fēng)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(fēng)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(hào)可代表氣樣中的氧含量。