低热值煤样发热量测定的最优方案研究.pdf
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1、低热值煤样发热量测定的最优方案研究王 爽1,周佳杰2(1.力鸿检验集团有限公司 唐山分公司,河北 唐山 063611;2.国能销售集团有限公司秦皇岛办事处,河北 秦皇岛 066000)摘 要:针对煤矸石为代表的高灰低热值难燃煤样发热量测定的准确度与精密度较低的问题,试验研究了多种测试方案。结果表明:在煤样下垫整片标准苯甲酸后用擦镜纸包好压紧或在坩埚底部垫酸洗石棉后在煤样下垫整片标准苯甲酸这 2 种试验方案,从准确度和精密度角度考虑是高灰低热值难燃煤样发热量测定的最优方案。关键词:低热值煤样;发热量;测定;准确度;精密度;最优方案中图分类号:TQ533 文献标识码:A 文章编号:1005-839
2、7(2023)07-0068-05Discussion on the optimal scheme for calorific determination of low calorific value coal samplesWANG Shuang,ZHOU Jia-jie2(1.Leon Inspection Group Co.,Ltd.Tangshan Branch,Tangshan,Hebei 063611,China;2.China Eergy Trading Group Co.,Ltd.QHD,Qinghuangdao,Hebei 066000,China)Abstract:It i
3、s difficult to obtain high accuracy and precision results for calorific determination of high ash and low calorific value flame-retardant coal samples represented by gangue.Try multiple protocols to get the best protocol.The results show that the whole piece of standard benzoic acid is wrapped and p
4、ressed under the coal sample and then wrapped with lens paper,or the whole piece of standard benzoic acid is padded under the coal sample after pickling asbestos at the bottom of the crucible,which is the optimal method for the calorific determination of high ash and low calorific value flame-retard
5、ant coal sample from the perspective of accuracy and precision.Keywords:low calorific value coal samples;calorific value;determination;accuracy;precision;optimal solution收稿日期:2023-04-08 DOI:10.16200/ki.11-2627/td.2023.07.017作者简介:王 爽(1987),男,河北唐山人,2012 年毕业于太原工业学院无机非金属材料工程专业,工学学士,力鸿检验集团有限公司唐山分公司工程师。引用
6、格式:王 爽,周佳杰.低热值煤样发热量测定的最优方案研究 J.煤炭加工与综合利用,2023(7):68-72.发热量是煤质分析中的重要项目,它是煤炭贸易中的主要计价指标,也是评价作为燃料的动力煤品质的最重要参数,能为煤炭的研究、分类、利用等提供依据。煤矸石和煤泥等低热值煤在我国煤炭产量中逐步提升,其用于发电可以减少原煤的消耗,对于火电企业具有一定的降成本作用1,2。但直接测定以煤矸石为代表的高灰低热值难燃煤样时,测定值较真实值不同程度偏低,且测试精密度较差。因此如何同时提升难燃煤样发热量测定的准确度与精密度十分重要。在以往研究中,对难燃煤样采取的措施一般为垫酸洗石棉绒、提高充氧压力及包擦镜纸,
7、但在实际工作中发现,此方法对部分煤样无效或效果较差,因此,尝试采用多种方法进行试验,以找到最优试验方案。1 实验部分1.1 煤的发热量测定原理在密闭容器中充满过量氧气,点燃煤样使其完全燃烧,煤样燃烧产生的热量被量热系统吸86煤炭加工与综合利用 CAL PROCESSING&COMPREHENSIVE UTILIZATION No.7,2023收,通过测量温升计算出煤样的发热量3。1.2 高灰低热值难燃煤样发热量测定难点分析通过发热量测定原理可知,想要获得准确的发热量测定结果,需确保煤样能燃烧完全。而高灰低热值煤样,因其可燃物少,挥发分低,使得煤样不易点燃且难燃烧完全。根据相关文献4-6煤矸石的
8、燃烧要经历加热、挥发分析出、挥发分着火和燃烧及固定碳着火和燃烧几个过程,根据这些过程,世界各国对高灰低热值难燃煤样的处理不尽相同7,8,但都是根据不能燃烧完全这一现象采取措施。多数国家的标准规定掺加已知热值的助燃物(如苯甲酸),英国和国际标准规定减少试样量(0.75 g)并使用薄壁、浅燃烧皿;日本标准规定用雁皮纸包裹试样和提高充氧压力。我国有些化验室还使用掺加已知热值的无烟煤做助燃剂或在燃烧皿底部钻孔以利氧气供应等方法。部分方法虽然有一定效果,但是有的还存在明显的缺点。以苯甲酸做助燃剂时,如掺入粉状苯甲酸则燃烧不完全,如压饼,则压饼时总会损失部分煤和苯甲酸,而他们的损失量无法计量,因而最终的煤
9、样量和苯甲酸量无法准确确定。以标准煤样做助燃剂,热值不如苯甲酸准确且容易变质。由于煤矸石等高灰低热值煤样的可燃质含量较低,挥发分燃烧释放的热量不足以点燃剩下的煤样,因此超低热值的煤在一般条件下很难燃烧完全。其着火后,燃料颗粒周围的氧气向颗粒的表面扩散,与可燃质反应释放出热量。随着燃烧的不断进行,灰分包裹在未燃部分(即可燃核)的表面,形成灰壳,这层灰壳阻碍了氧气向可燃核的扩散以及燃烧反应生成物从可燃核表面向外部空间的扩散。燃料热值越高,通常所含的灰分越低,形成的灰壳结构越松散,灰层的传质阻力越小9。对于煤在燃烧过程中气体通过其表面灰层的扩散传质而言,并非灰层中所有的孔隙都是有效的10。通过分析煤
10、样在氧弹中的燃烧过程,尝试采用以下方式来提升难燃煤样测定结果准确度与精密度:在坩埚底部垫酸洗石棉绒;掺加片状苯甲酸;提升充氧压力至 3.2 MPa;包已知热值的擦镜纸;减少称量重量至0.75 g 左右;在坩埚底部垫酸洗石棉绒时掺加片状苯甲酸;掺加片状苯甲酸后使用已知热值的擦镜纸包紧。1.3 仪器与试剂1.3.1 煤样试验用煤样选取了 2 个高灰低热值煤样进行发热量测定,其各项目测定结果见表 1。1.3.2 设备试验采用 SDC712 型量热仪,由湖南三德科技股份有限公司生产;准确度:测试结果在标准物质的允许范围内,测试范围:16 00040 000 J/g。试验采用 SDMF300 型马弗炉,
11、由湖南三德科技股份有限公司生产;控温精度:1。表 1 试验煤样各项目测定结果项目Ad/%Vd/%St,d/%Hd/%样品 177.3312.412.331.30样品 258.6119.881.022.601.3.3 试剂和材料试验所需试剂材料包括标准苯甲酸(标准值26 456 J/g)、氧气、点火丝、酸洗石棉绒、擦镜纸。1.4 试验前准备为保证发热量测定结果准确,在测定前使用标准苯甲酸重新标定热容量,量热室温度使用空调控温在(241)范围内11-13。粉煤的燃烧特性随粒径减小而得到改善14,为避免因粒度不同而造成的误差,试验用的煤样按标准 GB/T 4742008 制样并过 0.2 mm 筛后
12、进行测定;酸洗石棉绒使用前在马弗炉中 800 灼烧 30 min;擦镜纸的热值:取 4 张称准质量的擦镜纸团紧后放入坩埚,使用量热仪测定其热值,取 3 次平均值结果为 16 438 J/g15。1.5 试验操作按照 GB/T 2132008 测定步骤进行弹筒发热量的测定。(1)称量相应重量的煤样、标准苯甲酸、擦镜纸;(2)装填好氧弹后按实验方案充入相应压力的氧气 40 s;(3)放入量热仪、输入样品重量及添加热后开始试验。2 结果与讨论2.1 实验结果将 2 个样品测定数据进行汇总,原始数据见表 2、表 3。962023 年第 7 期王 爽,等:低热值煤样发热量测定的最优方案研究表 2 样品一
13、弹筒发热量测定原始数据(Qb,ad:MJ/kg)包擦镜纸垫酸洗石棉垫苯甲酸垫苯甲酸+包擦镜纸垫苯甲酸+酸洗石棉包擦镜纸垫酸洗石棉垫苯甲酸垫苯甲酸+包擦镜纸垫苯甲酸+酸洗石棉4.1183.7373.7884.2864.0254.3114.2354.0554.3694.2974.1353.7983.8144.2874.1984.3224.2684.0794.3744.3024.1533.8453.8644.2884.2164.3894.3024.0894.3924.3104.1603.8883.8744.2894.219/4.3504.1284.3974.3294.1773.9123.8844.2
14、914.228/4.1614.4024.3454.1843.9143.9354.2944.235/4.1764.4054.3504.1903.9453.9644.3094.252/4.4134.3534.1933.9543.9864.3124.267/4.4254.3804.2093.9754.0244.3214.275/4.4544.3814.2794.0324.0414.3234.276/4.4564.4244.2914.0554.0454.3444.288/4.4354.2954.1584.0504.3614.289/4.445表 3 样品二弹筒发热量测定原始数据(Qb,ad:MJ/kg
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