在火力發(fā)電成本中 , 燃料約占 70%左右。 隨網(wǎng)廠分開、 競價上網(wǎng)政策的實行 , 加強入廠煤和入爐煤的質(zhì)量監(jiān)督 , 是電廠降低成本和保證鍋爐安全經(jīng)濟運行的重要途徑之一。 目前 , 國內(nèi)電力企業(yè)普遍用國產(chǎn)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(fā)熱量準確測定的問題。 本文針對自動熱量計和傳統(tǒng)氧彈熱量計 (以下稱傳統(tǒng)熱量計 ) 的一些主要區(qū)別 , 從 4個方面來分析和討論其對發(fā)熱量測定的影響。
1 電磁閥故障對熱容量標定和發(fā)熱量測定的影響
目前 , 在測定煤發(fā)熱量時 , 國內(nèi)電力企業(yè)普遍用自動熱量計 , 而傳統(tǒng)熱量計已基本淘汰。 和傳統(tǒng)熱量計相比 , 自動熱量計增加了許多自控裝置 , 解決了傳統(tǒng)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(nèi)筒水量 , 省去了稱量內(nèi)筒水等煩瑣操作; 增加了數(shù)量不等的電磁閥 , 保證了水循環(huán)系統(tǒng)的正常運行。 發(fā)熱量測定過程中 , 從實驗開始時的內(nèi)、 外筒進水到實驗結(jié)束時的內(nèi)筒排水 , 均由計算機控制的電磁閥自動完成。 同量熱系統(tǒng)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(fā)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(nèi)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(nèi) , 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(nèi)火電企業(yè)的定期監(jiān)督檢查發(fā)現(xiàn) , 不少企業(yè)的在用熱量計存在穩(wěn)定性不好問題。 如標定熱容量或測發(fā)熱量時 , 測試結(jié)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(xiàn)象可能和電磁閥滲漏有關(guān)。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(jié)果到底有何影響? 下面作一簡要分析。
1. 1 平衡閥故障對結(jié)果影響
該類自動熱量計的內(nèi)筒和外筒間有一平衡閥 ,內(nèi)筒的水量由外筒的水位來控制 ,一旦發(fā)生堵塞 ,平衡閥便不能完全開啟。 在規(guī)定時間 (一般為 3 min)內(nèi) , 很難保證內(nèi)筒水量的準確。 通常情況是 , 內(nèi)筒水位達不到規(guī)定高度 , 內(nèi)筒水量不足 , 會造成結(jié)果偏高。 GB /T213- 2003規(guī)定 , 每次實驗內(nèi)筒水量應(yīng)與標定熱容量一致 , 相差 1 g內(nèi)。如果平衡閥堵塞 ,很難保證每次內(nèi)筒水量與標定熱容量時一致。 如內(nèi)筒水位相差 1 mm, 則內(nèi)筒水量有可能差約 12 g。以實驗時內(nèi)筒溫升 2 K為例 , 則發(fā)熱量因內(nèi)筒水量變化造成的測定誤差約 100 J/g。
實驗中 , 如內(nèi)外筒間的閥門關(guān)不嚴 , 可能造成停機時內(nèi)筒積水 , 也會出現(xiàn)內(nèi)筒水進不滿和抽不干現(xiàn)象。 這都會影響測定結(jié)果。
1. 2 放水閥故障對結(jié)果影響
內(nèi)筒通過放水閥與外部相連。 如放水閥關(guān)不嚴或滲漏 , 實驗時內(nèi)筒水位會緩慢下降 , 使實驗結(jié)束時的實際溫升值偏高; 如熱容量仍采用原值 , 會造成結(jié)果偏高。 內(nèi)筒水位的下降速度和閥門滲漏大小直接有關(guān) ,如每次實驗時放水閥滲漏情況不一樣 ,則內(nèi)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(nèi)筒的進水情況和內(nèi)筒水位的具體高度 ) ,導(dǎo)致結(jié)果的重復(fù)性可能較差。 GB/ T213- 2003中 , 將發(fā)熱量測定結(jié)果的重復(fù)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(jié)果影響
恒溫式熱量計的熱容量標定和發(fā)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(tǒng)熱量計根據(jù)實測溫度按照冷卻校正式計算。 實驗時 , 根據(jù)熱量計熱容量和試樣發(fā)熱量調(diào)節(jié)內(nèi)外筒溫差 , 使終點時內(nèi)筒比外筒溫度高約 1 K, 以使終點時內(nèi)筒溫度出現(xiàn)明顯下降 , 并使冷卻校正值最小。 傳統(tǒng)熱量計的冷卻校正值通常為 0. 01～ 0. 02 K。由于設(shè)計原因 , 實驗時 , 目前國內(nèi)生產(chǎn)的自動熱量計內(nèi)外筒溫差無法自動調(diào)節(jié)。 由于內(nèi)筒水取自外筒水 , 點火前 , 內(nèi)外筒基本上無溫差 (實際上 , 因攪拌等原因使內(nèi)筒溫度略高于外筒 ); 實驗中 , 系統(tǒng)的水溫會隨實驗次數(shù)而逐漸增高。 現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)溫度隨實驗次數(shù)升高。 國標上采用的羅 - 李公式對外筒溫度和環(huán)境溫度要求是: 實驗過程中 , 其溫差要小于1. 5 K, 否則會產(chǎn)生很大誤差。環(huán)境溫度可通過空調(diào)控制 , 易滿足實驗要求; 封閉式水循環(huán) , 外筒水溫會隨實驗次數(shù)而逐漸升高。 如果試樣量少 , 整個溫升不大 , 對結(jié)果影響不大; 樣品到一定數(shù)量 , 且外
筒和環(huán)境溫差超出 1. 5 K, 會嚴重影響結(jié)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(xù)實驗的次數(shù)都有限制。使用該類熱量計時 , 關(guān)于冷卻校正值的確定主要存在以下問題。
3 容量法內(nèi)筒水量對結(jié)果影響
GB /T213- 2003中規(guī)定 ,內(nèi)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(tǒng)熱量計的內(nèi)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(nèi) ); 而自動熱量采用定容法確定內(nèi)筒水量。定容法確定內(nèi)筒水量會給結(jié)果帶來誤差。主要表現(xiàn)在水溫升高和系統(tǒng)故障兩方面。
3. 1 水溫變化對結(jié)果影響
隨實驗次數(shù)增加 , 系統(tǒng)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(nèi)筒水量會使測定時的內(nèi)筒水量和熱容量標定時的不一致 , 導(dǎo)致熱容量變化 , 而且測熱系統(tǒng)無法對這種變化進行準確修正 (雖然測熱軟件根據(jù)內(nèi)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(guān)定容法對熱容量和發(fā)熱量的影響,僅考慮了水溫變化對熱容量和發(fā)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(tǒng)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(nèi)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(jié)果影響
電磁閥故障易造成定容法難以準確控制內(nèi)筒水量 , 影響測定結(jié)果。 自動熱量計是自動進排水 , 一旦出現(xiàn)電磁閥堵或滲漏 , 可能造成每次實驗時內(nèi)筒水量不一致 , 而且也不易被發(fā)現(xiàn)。 內(nèi)筒水的熱容量在整個熱容量中占相當(dāng)大比例 , 內(nèi)筒水量誤差會直接影響測定結(jié)果。 具體影響見前述。
4 測溫元件對結(jié)果影響
測定誤差主要來源于熱量計內(nèi)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(chǎn)的熱量計都自備一套測熱系統(tǒng) (鉑電阻溫度計、 測溫電路等 ) , 一般都沒經(jīng)過計量部門檢定。 各單位購置微機熱量計時 , 均由生產(chǎn)廠家配套供應(yīng)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(zhì)量是否穩(wěn)定及長期使用中是否會發(fā)生變化 , 也值得重視。
5 結(jié) 語
自動熱量計性能的評價 ,主要依據(jù)其精密度、準確度和運行可靠性。 目前 , 國內(nèi)電力企業(yè)使用的自動熱量計普遍存在電磁閥故障率高和無循環(huán)水控溫裝置等問題。 這些都影響了其性能發(fā)揮。 因此 , 改善閥門性能和研發(fā)出可靠的循環(huán)水溫穩(wěn)定裝置是自動熱量計生產(chǎn)或研發(fā)機構(gòu)亟待解決的問題。
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