在火力发电成本中 , 燃料约占 70%左右。 随网厂分开、 竞价上网政策的实行 , 加强入厂煤和入炉煤的质量监督 , 是电厂降低成本和保证锅炉安全经济运行的重要途径之一。 目前 , 国内电力企业普遍用国产的恒温式自动氧弹热量计 (以下称自动热量计 )。由于该类仪器具有操作简单、 测定速度快和自动化程度较高等特点而受到欢迎。 使用过程中 , 该类仪器存在一些影响发热量准确测定的问题。 本文针对自动热量计和传统氧弹热量计 (以下称传统热量计 ) 的一些主要区别 , 从 4个方面来分析和讨论其对发热量测定的影响。
1 电磁阀故障对热容量标定和发热量测定的影响
目前 , 在测定煤发热量时 , 国内电力企业普遍用自动热量计 , 而传统热量计已基本淘汰。 和传统热量计相比 , 自动热量计增加了许多自控装置 , 解决了传统热量计存在的一些难题: 如用铂电阻温度传感器由计算机自动读温代替了用贝克曼温度计人工读温; 计算机自动控制内筒水量 , 省去了称量内筒水等烦琐操作; 增加了数量不等的电磁阀 , 保证了水循环系统的正常运行。 发热量测定过程中 , 从实验开始时的内、 外筒进水到实验结束时的内筒排水 , 均由计算机控制的电磁阀自动完成。 同量热系统的其他部件相比 , 电磁阀动作频次更高 , 故障率也高。 其故障阀门主要是进水阀和放水阀 , 一旦发生故障 , 要么仪器不能正常使用; 要么虽能使用 ,但精密度和准确度大大降低。安徽省内的一些火电厂,从1996年开始使用该类热量计。在刚开始用的一段时间 (一般是 1～ 2 a) 内 , 仪器情况一直较好 , 故障率较低。 但随时间延长 , 该类仪器机械故障明显增多。 主要是电磁阀易出故障。在对省内火电企业的定期监督检查发现 , 不少企业的在用热量计存在稳定性不好问题。 如标定热容量或测发热量时 , 测试结果时高时低 , 精密度差。 在排除人为误操作和分析误差后 ,认为此现象可能和电磁阀渗漏有关。在更换了部分电磁阀后 , 上述异常消失。 电磁阀的渗漏对测试结果到底有何影响? 下面作一简要分析。
1. 1 平衡阀故障对结果影响
该类自动热量计的内筒和外筒间有一平衡阀 ,内筒的水量由外筒的水位来控制 ,一旦发生堵塞 ,平衡阀便不能完全开启。 在规定时间 (一般为 3 min)内 , 很难保证内筒水量的准确。 通常情况是 , 内筒水位达不到规定高度 , 内筒水量不足 , 会造成结果偏高。 GB /T213- 2003规定 , 每次实验内筒水量应与标定热容量一致 , 相差 1 g内。如果平衡阀堵塞 ,很难保证每次内筒水量与标定热容量时一致。 如内筒水位相差 1 mm, 则内筒水量有可能差约 12 g。以实验时内筒温升 2 K为例 , 则发热量因内筒水量变化造成的测定误差约 100 J/g。
实验中 , 如内外筒间的阀门关不严 , 可能造成停机时内筒积水 , 也会出现内筒水进不满和抽不干现象。 这都会影响测定结果。
1. 2 放水阀故障对结果影响
内筒通过放水阀与外部相连。 如放水阀关不严或渗漏 , 实验时内筒水位会缓慢下降 , 使实验结束时的实际温升值偏高; 如热容量仍采用原值 , 会造成结果偏高。 内筒水位的下降速度和阀门渗漏大小直接有关 ,如每次实验时放水阀渗漏情况不一样 ,则内筒水位的波动就会不同 (实验中的进水和放水均由计算机完成 , 人员无法知道每次实验时内筒的进水情况和内筒水位的具体高度 ) ,导致结果的重复性可能较差。 GB/ T213- 2003中 , 将发热量测定结果的重复性限由 150 J/g改为 120 J/g, 因而实际测定中的超差概率会有所增加。
2 冷却校正值对结果影响
恒温式热量计的热容量标定和发热量测定 , 均需知道冷却校正值。 对该值的计算需要知道 v 0 和v n , 而 v 0 和 v n 的确定有实测法和推算法。传统热量计根据实测温度按照冷却校正式计算。 实验时 , 根据热量计热容量和试样发热量调节内外筒温差 , 使终点时内筒比外筒温度高约 1 K, 以使终点时内筒温度出现明显下降 , 并使冷却校正值最小。 传统热量计的冷却校正值通常为 0. 01～ 0. 02 K。由于设计原因 , 实验时 , 目前国内生产的自动热量计内外筒温差无法自动调节。 由于内筒水取自外筒水 , 点火前 , 内外筒基本上无温差 (实际上 , 因搅拌等原因使内筒温度略高于外筒 ); 实验中 , 系统的水温会随实验次数而逐渐增高。 现在普遍用的热量计有立式和台式之分: 台式量热体系的水量为 16～ 20 kg或更大;立式的水量为 40～ 60 kg或更大。内筒水量约2 kg (热容量约 10 000 J/K情况下 )。台式热量计每测一个样 , 其整个体系平均温升约 0. 2 K; 立式约0. 1 K。由于没有有效的制冷措施 , 整个系统温度随实验次数升高。 国标上采用的罗 - 李公式对外筒温度和环境温度要求是: 实验过程中 , 其温差要小于1. 5 K, 否则会产生很大误差。环境温度可通过空调控制 , 易满足实验要求; 封闭式水循环 , 外筒水温会随实验次数而逐渐升高。 如果试样量少 , 整个温升不大 , 对结果影响不大; 样品到一定数量 , 且外
筒和环境温差超出 1. 5 K, 会严重影响结果的精密度和准确度 (主要是由冷却校正值造成 )。台式比立式影响更明显。 因此 , 自动热量计对连续实验的次数都有限制。使用该类热量计时 , 关于冷却校正值的确定主要存在以下问题。
3 容量法内筒水量对结果影响
GB /T213- 2003中规定 ,内筒水量最好用称量法确定; 如用容量法 , 需对温度变化进行修正。 传统热量计的内筒水量用称量法确定 , 用合适感量的天平或台秤均能做到每次用水量与热容量标定时一致 (相差 1 g之内 ); 而自动热量采用定容法确定内筒水量。定容法确定内筒水量会给结果带来误差。主要表现在水温升高和系统故障两方面。
3. 1 水温变化对结果影响
随实验次数增加 , 系统水温逐渐升高。 由于水的密度和比热容随水温升高而降低 , 定容法确定的内筒水量会使测定时的内筒水量和热容量标定时的不一致 , 导致热容量变化 , 而且测热系统无法对这种变化进行准确修正 (虽然测热软件根据内筒水不同的温度对热容量进行了部分修正 , 但不能真实反映热容量变化 )。有关定容法对热容量和发热量的影响,仅考虑了水温变化对热容量和发热量的影响 ,没有考虑水的比热容变化造成的影响。水的比热容随温度升高而降低 。量热系统中 ,虽然部分主要部件 (如氧弹 , 不锈钢而成 , 其比热容远比水的小 , 例如 , 1Cr18Ni9Ti不锈钢的比热容为 0. 5 J/( g· ℃ ) ) 的比热容随温度增大 , 可部分抵消水的比热容受温度变化对热容量的影响 , 但由于内筒水的热容量远大于其它部件的 , 因此 , 定容法带来的实际误差大。
3. 2 电磁阀故障对结果影响
电磁阀故障易造成定容法难以准确控制内筒水量 , 影响测定结果。 自动热量计是自动进排水 , 一旦出现电磁阀堵或渗漏 , 可能造成每次实验时内筒水量不一致 , 而且也不易被发现。 内筒水的热容量在整个热容量中占相当大比例 , 内筒水量误差会直接影响测定结果。 具体影响见前述。
4 测温元件对结果影响
测定误差主要来源于热量计内筒温度的测定。目前 , 自动热量计的感温元件普遍采用铂电阻温度计。 厂家生产的热量计都自备一套测热系统 (铂电阻温度计、 测温电路等 ) , 一般都没经过计量部门检定。 各单位购置微机热量计时 , 均由生产厂家配套供应铂电阻温度计 , 使用过程中也不予校验。 如果铂电阻温度计线性差 , 会引入较大误差。 铂电阻温度计在出厂前及使用中不进行校验是自动热量计使用中普遍存在问题之一。 另外 , 铂电阻和测温卡的质量是否稳定及长期使用中是否会发生变化 , 也值得重视。
5 结 语
自动热量计性能的评价 ,主要依据其精密度、准确度和运行可靠性。 目前 , 国内电力企业使用的自动热量计普遍存在电磁阀故障率高和无循环水控温装置等问题。 这些都影响了其性能发挥。 因此 , 改善阀门性能和研发出可靠的循环水温稳定装置是自动热量计生产或研发机构亟待解决的问题。
