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(shí)行 , 加強(qiáng)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(jì)運(yùn)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(diǎn)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(zhǔn)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(biāo)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(jī)自動讀溫代替了用貝克曼溫度計人工讀溫; 計算機(jī)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(yùn)行。 發(fā)熱量測定過程中 , 從實(shí)驗開始時的內(nèi)、 外筒進(jìn)水到實(shí)驗結(jié)束時的內(nèi)筒排水 , 均由計算機(jī)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(jìn)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(zhǔn)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(jī)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(biāo)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(rèn)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(zhǔn)確。 通常情況是 , 內(nèi)筒水位達(dá)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(shí)驗內(nèi)筒水量應(yīng)與標(biāo)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(biāo)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(shí)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(shí)驗中 , 如內(nèi)外筒間的閥門關(guān)不嚴(yán) , 可能造成停機(jī)時內(nèi)筒積水 , 也會出現(xiàn)內(nèi)筒水進(jìn)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(yán)或滲漏 , 實(shí)驗時內(nèi)筒水位會緩慢下降 , 使實(shí)驗結(jié)束時的實(shí)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(shí)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(shí)驗中的進(jìn)水和放水均由計算機(jī)完成 , 人員無法知道每次實(shí)驗時內(nèi)筒的進(jìn)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(shí)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(biāo)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(shí)測法和推算法。傳統(tǒng)熱量計根據(jù)實(shí)測溫度按照冷卻校正式計算。 實(shí)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(diǎn)時內(nèi)筒比外筒溫度高約 1 K, 以使終點(diǎn)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(shí)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(diǎn)火前 , 內(nèi)外筒基本上無溫差 (實(shí)際上 , 因攪拌等原因使內(nèi)筒溫度略高于外筒 ); 實(shí)驗中 , 系統(tǒng)的水溫會隨實(shí)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(shí)驗次數(shù)升高。 國標(biāo)上采用的羅 - 李公式對外筒溫度和環(huán)境溫度要求是: 實(shí)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(shí)驗要求; 封閉式水循環(huán) , 外筒水溫會隨實(shí)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(yán)重影響結(jié)果的精密度和準(zhǔn)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(shí)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(jìn)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(biāo)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(shí)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(biāo)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(jìn)行準(zhǔn)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(jìn)行了部分修正 , 但不能真實(shí)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(yuǎn)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(yuǎn)大于其它部件的 , 因此 , 定容法帶來的實(shí)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(zhǔn)確控制內(nèi)筒水量 , 影響測定結(jié)果。 自動熱量計是自動進(jìn)排水 , 一旦出現(xiàn)電磁閥堵或滲漏 , 可能造成每次實(shí)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(jī)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(jìn)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(zhǔn)確度和運(yùn)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(jī)構(gòu)亟待解決的問題。
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