第五章 煤发热量的测定..

第五章煤发热量的测定

火电厂是利用煤炭等燃料燃烧产生热量来生产电能的企业。发热量的高低是煤炭计价的主要依据，是计算电厂经济指标标准煤耗的主要参数，故发热量的测定在发电厂煤质检测中占有特殊重要的地位。

第一节有关发热量的基础知识

一、发热量的单位

煤的发热量，指单位质量的煤完全燃烧所发出的热量。

热量的单位为J(焦耳)。

1 J＝1N·m(牛顿·米)

注：我国过去惯用的热量单位为20℃卡，以下简称卡(cal)lcal(20℃)＝4.1816 J。

发热量测定结果以MJ/kg(兆焦/千克)或J/g(焦/克)表示。

二、发热量的表示方法

煤的发热量的高低，主要取决于可燃物质的化学组成，同时也与燃烧条件有关。根据不同的燃烧条件，可将煤的发热量分为弹筒发热量、高位发热量及低位发热量。同时，还有恒容与恒压发热量之分。

（一）弹筒发热量（Q b）（GB/T213-2003定义）

单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量称为弹筒发热量。

注：任何物质(包括煤)的燃烧热，随燃烧产物的最终温度而改变，温度越高，燃烧热越低。因此，一个严密的发热量定义，应对燃烧产物的最终温度有所规定。但在实际发热量测定时，由于具体条件的限制，把燃烧产物的最终温度限定在一个特定的温度或一个很窄的范围内都是不现实的。温度每升高1K，煤和苯甲酸的燃烧热约降低0.4～l.3J/g。当按规定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全抵消，而无需加以考虑。

在此条件下，煤中碳燃烧生成二氧化碳，氢燃烧后生成水汽，冷却后又凝结成水；而煤中硫在高压氧气中燃烧生成三氧化硫，少量氮转变为氮氧化物，它们溶于水，分别生成硫酸和硝酸。由于上述反应均为放热反应，因而弹筒发热量要高于煤在实际燃烧时的发热量。

（二）高位发热量（Q gr）

单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量称为高位发热量。

高位发热量也即由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸校正热后得到的发热量。由于氧弹的容积是恒定的，在此条件下算出的发热量称为恒容高位发热量（Q gr,V）。高位发热量是煤在空气中完全燃烧时所放出的热量，能表征煤作为燃料使用时的主要质量，故电厂中在评价煤质时常用高位发热量。

（三）低位发热量（Q net）

单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量称为恒容低位发热量。

低位发热量也即由高位发热量减去水(煤中原有的水和煤中氢燃烧生成的水)的气化热后得到的发热量。在此条件下算出的发热量称为恒容低位发热量（Q net,V）。煤在锅炉中燃烧，燃烧产物（炉烟）温度较高，其中水分呈蒸气状态，并随其他燃烧产物一起排出炉外，故低位发热量是真正可以被利用的煤的有效发热量。

（四）恒容与恒压发热量

煤在不同条件下的燃烧装置中燃烧，又可分为恒容与恒压发热量。

1．恒容发热量

恒容发热量是指单位质量的煤样在恒定体积的容器中完全燃烧（如煤样在氧弹中燃烧），无膨胀做功时的发热量。例如空气干燥基恒容高位发热量，可用Q gr,V,ad来表示。

2．恒压发热量

恒压发热量是指单位质量的煤样在恒定压力下完全燃烧（如煤在电厂锅炉中燃烧），有膨胀做功时的发热量。例如收到基恒压低位发热量，可用Q net,P,ar来表示。

恒容发热量略高于恒压发热量，不过二者相差甚微，一般计算中则可以忽略不计。

三、不同表示方法发热量的计算

（一）高位发热量的计算

Q gr,ad＝Q b,ad－(94.1S b,ad+aQ b,ad)

式中：Q gr,ad——空气干燥基煤样的高位发热量，J/g；

Q b,ad——空气干燥基煤样的弹筒发热量，J/g；

S b,ad——由弹简洗液测得的煤的含硫量，%。当全硫含量低于4%时，或发热量大于14.60MJ/kg时，可用全硫或可燃硫代替S b,ad；

94.1——煤中每1%硫的校正值，J；

a——硝酸校正系数：当Q b≤l6.70MJ/kg，a＝0.00l；

当l6.70MJ/kg＜Q b≤25.l0MJ7kg，a＝0.0012

当Q b＞25.l0MJ/kg，a＝0.00l6；

在需要用弹筒洗液测定S b,ad的情况下，把洗液煮沸2～3min，取下稍冷后，以甲基红(或相应的混合指示剂)为指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定，以求出洗液中的总酸量，然后按下式计算出S b,ad (%)。

S b,ad＝(c×V/m－a Q b,ad /60)×1.6

式中：c——氢氧化钠溶液的物质的量浓度，mol/L；

y——滴定用去的氢氧化钠溶液体积，mL；

60——相当l mmo1硝酸的生成热，J；

m——称取的试样质量，g；

1.6——将每摩尔硫酸1/2（H2SO4）转换为硫的质量分数的转换因子。

注：这里规定的对硫的校正方法中，略去了对煤样中硫酸盐的考虑。这对绝大多数煤来说影响不大，因煤的硫酸盐疏含量一股很低。但有些特殊煤样，含量可达0.5%以上。根据实际经验，煤样燃烧后，由于灰的飞溅，一部分硫酸盐硫也随之落入弹筒，因此无法利用弹筒洗液来分别测定硫酸盐硫和其他硫。遇此情况，为求高位发热量的准确，只有另行测定煤中的磷酸盐硫或可燃硫，燃后做相应的校正。关于发热量大于14.60MJ/kg 的规定，在用包纸或掺苯甲酸的情况下，应按包纸或添加物放出的总热量来掌握。

（二）低位发热量的计算

工业上是根据煤的收到基低位发热量进行计算和设计。

()t ad

t ad ad gr ar net M M M H Q Q 23100100206,,---⨯-= 式中，Q net,v,ar ——收到基煤的低位发热量，J/g ；

Q gr,ad ——煤的空气干燥基高位发热量，J/g ；

M ar ——收到基全水分，%；

M ad ——煤的空气干燥基水分，%；

H ad ——煤的空气干燥基氢含量，%；

（三）恒压低位发热量的计算

由弹筒发热量计算出的高位发热量和低位发热量都属于恒容状态，在实际工业燃烧中则是恒容状态，严格地讲，工业计算中应使用恒压低位发热量。

()[]t ad

t ad ad ad ad V gr ar P net M M M N O H Q Q 4.241001008.0212,,,,---⨯+--= 式中，Q net,V ,ar ——煤的收到基恒压低位发热量，J/g ；

O ad ——煤的空气干燥基氧含量，%；

N ad ——煤的空气干燥基氮含量，%；

O ad 及N ad 也可按下式计算：

(O ad ＋N ad )＝100－M ad －A ad －C ad －H ad －S t,ad

（四）各种不同基的煤的发热量换算

1．高位发热量基的换算

煤的不同基的高位发热量按下列公式计算：

ad

t ad gr ar gr M M Q Q --⨯=100100,, ad

ad gr d gr M Q Q -⨯=100100,, ad ad ad gr daf gr A M Q Q --⨯

=100100,, 2．低位发热量基的换算

煤的不同基的低位发热量按下式计算：

()M M M H Q Q ad

ad ad V gr M V net 23100100206,,,,---⨯-=