在火力發電成本中 , 燃料約占 70%左右。 隨網廠分開、 競價上網政策的實行 , 加強入廠煤和入爐煤的質量監督 , 是電廠降低成本和保證鍋爐安全經濟運行的重要途徑之一。 目前 , 國內電力企業普遍用國產的恒溫式自動氧彈熱量計 (以下稱自動熱量計 )。由于該類儀器具有操作簡單、 測定速度快和自動化程度較高等特點而受到歡迎。 使用過程中 , 該類儀器存在一些影響發熱量準確測定的問題。 本文針對自動熱量計和傳統氧彈熱量計 (以下稱傳統熱量計 ) 的一些主要區別 , 從 4個方面來分析和討論其對發熱量測定的影響。
1 電磁閥故障對熱容量標定和發熱量測定的影響
目前 , 在測定煤發熱量時 , 國內電力企業普遍用自動熱量計 , 而傳統熱量計已基本淘汰。 和傳統熱量計相比 , 自動熱量計增加了許多自控裝置 , 解決了傳統熱量計存在的一些難題: 如用鉑電阻溫度傳感器由計算機自動讀溫代替了用貝克曼溫度計人工讀溫; 計算機自動控制內筒水量 , 省去了稱量內筒水等煩瑣操作; 增加了數量不等的電磁閥 , 保證了水循環系統的正常運行。 發熱量測定過程中 , 從實驗開始時的內、 外筒進水到實驗結束時的內筒排水 , 均由計算機控制的電磁閥自動完成。 同量熱系統的其他部件相比 , 電磁閥動作頻次更高 , 故障率也高。 其故障閥門主要是進水閥和放水閥 , 一旦發生故障 , 要么儀器不能正常使用; 要么雖能使用 ,但精密度和準確度大大降低。安徽省內的一些火電廠,從1996年開始使用該類熱量計。在剛開始用的一段時間 (一般是 1～ 2 a) 內 , 儀器情況一直較好 , 故障率較低。 但隨時間延長 , 該類儀器機械故障明顯增多。 主要是電磁閥易出故障。在對省內火電企業的定期監督檢查發現 , 不少企業的在用熱量計存在穩定性不好問題。 如標定熱容量或測發熱量時 , 測試結果時高時低 , 精密度差。 在排除人為誤操作和分析誤差后 ,認為此現象可能和電磁閥滲漏有關。在更換了部分電磁閥后 , 上述異常消失。 電磁閥的滲漏對測試結果到底有何影響? 下面作一簡要分析。
1. 1 平衡閥故障對結果影響
該類自動熱量計的內筒和外筒間有一平衡閥 ,內筒的水量由外筒的水位來控制 ,一旦發生堵塞 ,平衡閥便不能完全開啟。 在規定時間 (一般為 3 min)內 , 很難保證內筒水量的準確。 通常情況是 , 內筒水位達不到規定高度 , 內筒水量不足 , 會造成結果偏高。 GB /T213- 2003規定 , 每次實驗內筒水量應與標定熱容量一致 , 相差 1 g內。如果平衡閥堵塞 ,很難保證每次內筒水量與標定熱容量時一致。 如內筒水位相差 1 mm, 則內筒水量有可能差約 12 g。以實驗時內筒溫升 2 K為例 , 則發熱量因內筒水量變化造成的測定誤差約 100 J/g。
實驗中 , 如內外筒間的閥門關不嚴 , 可能造成停機時內筒積水 , 也會出現內筒水進不滿和抽不干現象。 這都會影響測定結果。
1. 2 放水閥故障對結果影響
內筒通過放水閥與外部相連。 如放水閥關不嚴或滲漏 , 實驗時內筒水位會緩慢下降 , 使實驗結束時的實際溫升值偏高; 如熱容量仍采用原值 , 會造成結果偏高。 內筒水位的下降速度和閥門滲漏大小直接有關 ,如每次實驗時放水閥滲漏情況不一樣 ,則內筒水位的波動就會不同 (實驗中的進水和放水均由計算機完成 , 人員無法知道每次實驗時內筒的進水情況和內筒水位的具體高度 ) ,導致結果的重復性可能較差。 GB/ T213- 2003中 , 將發熱量測定結果的重復性限由 150 J/g改為 120 J/g, 因而實際測定中的超差概率會有所增加。
2 冷卻校正值對結果影響
恒溫式熱量計的熱容量標定和發熱量測定 , 均需知道冷卻校正值。 對該值的計算需要知道 v 0 和v n , 而 v 0 和 v n 的確定有實測法和推算法。傳統熱量計根據實測溫度按照冷卻校正式計算。 實驗時 , 根據熱量計熱容量和試樣發熱量調節內外筒溫差 , 使終點時內筒比外筒溫度高約 1 K, 以使終點時內筒溫度出現明顯下降 , 并使冷卻校正值最小。 傳統熱量計的冷卻校正值通常為 0. 01～ 0. 02 K。由于設計原因 , 實驗時 , 目前國內生產的自動熱量計內外筒溫差無法自動調節。 由于內筒水取自外筒水 , 點火前 , 內外筒基本上無溫差 (實際上 , 因攪拌等原因使內筒溫度略高于外筒 ); 實驗中 , 系統的水溫會隨實驗次數而逐漸增高。 現在普遍用的熱量計有立式和臺式之分: 臺式量熱體系的水量為 16～ 20 kg或更大;立式的水量為 40～ 60 kg或更大。內筒水量約2 kg (熱容量約 10 000 J/K情況下 )。臺式熱量計每測一個樣 , 其整個體系平均溫升約 0. 2 K; 立式約0. 1 K。由于沒有有效的制冷措施 , 整個系統溫度隨實驗次數升高。 國標上采用的羅 - 李公式對外筒溫度和環境溫度要求是: 實驗過程中 , 其溫差要小于1. 5 K, 否則會產生很大誤差。環境溫度可通過空調控制 , 易滿足實驗要求; 封閉式水循環 , 外筒水溫會隨實驗次數而逐漸升高。 如果試樣量少 , 整個溫升不大 , 對結果影響不大; 樣品到一定數量 , 且外
筒和環境溫差超出 1. 5 K, 會嚴重影響結果的精密度和準確度 (主要是由冷卻校正值造成 )。臺式比立式影響更明顯。 因此 , 自動熱量計對連續實驗的次數都有限制。使用該類熱量計時 , 關于冷卻校正值的確定主要存在以下問題。
3 容量法內筒水量對結果影響
GB /T213- 2003中規定 ,內筒水量最好用稱量法確定; 如用容量法 , 需對溫度變化進行修正。 傳統熱量計的內筒水量用稱量法確定 , 用合適感量的天平或臺秤均能做到每次用水量與熱容量標定時一致 (相差 1 g之內 ); 而自動熱量采用定容法確定內筒水量。定容法確定內筒水量會給結果帶來誤差。主要表現在水溫升高和系統故障兩方面。
3. 1 水溫變化對結果影響
隨實驗次數增加 , 系統水溫逐漸升高。 由于水的密度和比熱容隨水溫升高而降低 , 定容法確定的內筒水量會使測定時的內筒水量和熱容量標定時的不一致 , 導致熱容量變化 , 而且測熱系統無法對這種變化進行準確修正 (雖然測熱軟件根據內筒水不同的溫度對熱容量進行了部分修正 , 但不能真實反映熱容量變化 )。有關定容法對熱容量和發熱量的影響,僅考慮了水溫變化對熱容量和發熱量的影響 ,沒有考慮水的比熱容變化造成的影響。水的比熱容隨溫度升高而降低 。量熱系統中 ,雖然部分主要部件 (如氧彈 , 不銹鋼而成 , 其比熱容遠比水的小 , 例如 , 1Cr18Ni9Ti不銹鋼的比熱容為 0. 5 J/( g· ℃ ) ) 的比熱容隨溫度增大 , 可部分抵消水的比熱容受溫度變化對熱容量的影響 , 但由于內筒水的熱容量遠大于其它部件的 , 因此 , 定容法帶來的實際誤差大。
3. 2 電磁閥故障對結果影響
電磁閥故障易造成定容法難以準確控制內筒水量 , 影響測定結果。 自動熱量計是自動進排水 , 一旦出現電磁閥堵或滲漏 , 可能造成每次實驗時內筒水量不一致 , 而且也不易被發現。 內筒水的熱容量在整個熱容量中占相當大比例 , 內筒水量誤差會直接影響測定結果。 具體影響見前述。
4 測溫元件對結果影響
測定誤差主要來源于熱量計內筒溫度的測定。目前 , 自動熱量計的感溫元件普遍采用鉑電阻溫度計。 廠家生產的熱量計都自備一套測熱系統 (鉑電阻溫度計、 測溫電路等 ) , 一般都沒經過計量部門檢定。 各單位購置微機熱量計時 , 均由生產廠家配套供應鉑電阻溫度計 , 使用過程中也不予校驗。 如果鉑電阻溫度計線性差 , 會引入較大誤差。 鉑電阻溫度計在出廠前及使用中不進行校驗是自動熱量計使用中普遍存在問題之一。 另外 , 鉑電阻和測溫卡的質量是否穩定及長期使用中是否會發生變化 , 也值得重視。
5 結 語
自動熱量計性能的評價 ,主要依據其精密度、準確度和運行可靠性。 目前 , 國內電力企業使用的自動熱量計普遍存在電磁閥故障率高和無循環水控溫裝置等問題。 這些都影響了其性能發揮。 因此 , 改善閥門性能和研發出可靠的循環水溫穩定裝置是自動熱量計生產或研發機構亟待解決的問題。
