第二節(jié) 燃料與燃燒的監(jiān)測技術(shù)

一、概述

燃料通常是指能夠通過燃燒過程而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的物質(zhì)。它包括所有的化石燃料(如煤、石油、天然氣、油頁巖等)及由化石燃料加工而成的其他含能體(如煤氣、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、液化石油氣、丙烷、甲烷、乙醇等)、生物質(zhì)燃料(如薪柴)以及由生物質(zhì)燃料加工而成的含能體(如沼氣)。

燃料燃燒是化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的最主要方式。鍋爐是將燃料燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)熱能的主要設(shè)備。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或熱水也是一種優(yōu)質(zhì)的二次能源，除用于發(fā)電外，也廣泛用于冶金、化工、輕工、食品等工業(yè)部門，而且是采暖的熱源。

將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備除鍋爐外還有工業(yè)爐窯。工業(yè)爐窯量大面廣，類型繁多。例如，冶金工業(yè)中就有煉鐵高爐，煉鋼平爐、轉(zhuǎn)爐，軋鋼連續(xù)加熱爐、罩式退火爐，煉銅反射爐;建材工業(yè)中有水泥回轉(zhuǎn)窯、立窯、磚瓦焙燒窯，陶瓷和磚瓦隧道窯，玻璃池窯;這些工業(yè)爐窯有的燒煤，有的采用重油、焦炭，機(jī)械工業(yè)中的各種熱處理爐，化鐵沖天爐等。或天然氣作燃料，都是能耗大的裝置。目前，我國大多數(shù)工業(yè)爐窯技術(shù)落后，熱效率低，節(jié)能潛力大，是技術(shù)改造的重點(diǎn)。

為了使燃料高效地燃燒，必須了解各種燃料的成分和化學(xué)組成，因此需要對燃料進(jìn)行分析。通常燃料分析有元素分析、工業(yè)分析和成分分析。對固體燃料主要進(jìn)行元素分析和工業(yè)分析;對液體燃料使用元素分析，氣體燃料多采用成分分析。本節(jié)將簡要介紹有關(guān)燃料分析和燃燒監(jiān)測技術(shù)，主要是煤的分析和煤燃燒監(jiān)測技術(shù)。

二、燃料的采樣和制樣

煤是一種粒度和組成極不均勻的大宗散狀物料，可簡單視為水分、有機(jī)質(zhì)和無機(jī)礦物質(zhì)的三元混合物。煤質(zhì)分析包括采樣、制樣、化驗(yàn)三個環(huán)節(jié)。從統(tǒng)計角度看，若誤差用方差表示，則煤質(zhì)分析的總誤差有80%來源于采樣，有16%來源于制樣，化驗(yàn)僅占4%。通常從一批量的商品煤中抽出幾百千克煤樣，經(jīng)過一系列破碎、縮分，制成所需的分析煤樣后，該批煤的質(zhì)量指標(biāo)就已被確定。可見，采取有代表性的煤樣，并將其無誤差地制備成分析試樣，是取得可靠數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

經(jīng)常遇到供需雙方關(guān)于灰分、水分，尤其是發(fā)熱量的糾紛。究其原因，主要由于雙方?jīng)]有嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行操作，偶然誤差較大。

所謂煤的采樣就是從大量煤中采取具有代表性的一部分煤的過程。在鍋爐熱效率的測試中對燃料的取樣有如下規(guī)定：

(1)人爐原煤取樣，每次測試采集的原始煤樣數(shù)量不少于總?cè)济毫康?%，并且總?cè)恿坎簧儆?0kg，取樣應(yīng)在稱重地點(diǎn)進(jìn)行;當(dāng)鍋爐額定蒸發(fā)量(額定熱功率)大于或者等于20t/h(14MW)時，采集的原始煤樣數(shù)量不少于總?cè)剂狭康?.5%。

(2)對于液體燃料，從油箱或者燃燒器前的管道上抽取不少于1L樣品，裝入容器內(nèi)，加蓋密封，并且做上封口標(biāo)記，送化驗(yàn)室。

(3)城市煤氣及天然氣的成分和發(fā)熱量通常可由當(dāng)?shù)孛簹夤净蛘呤吞烊粴夤咎峁瑢τ谄渌麣怏w燃料，可在燃燒器前的管道上開一取樣孔，接上燃?xì)馊悠魅樱M(jìn)行成分分析，氣體燃料的發(fā)熱量可按其成分進(jìn)行計算。

(4)對于混合燃料，可根據(jù)入爐各種燃料的元素分析、工業(yè)分析、發(fā)熱量和全水分再按相應(yīng)基質(zhì)的混合比例求得對應(yīng)值，然后作為單一燃料處理。

取樣后還需對樣品進(jìn)行制樣。制樣過程包括破碎、過篩、摻合、縮分、干燥5個環(huán)節(jié)，當(dāng)需要使用浮煤做分析化驗(yàn)時，還要進(jìn)行減灰。破碎的目的是減小黏度，增加煤粒分散程度，改善煤的不均勻度;為使煤樣破碎到必要的粒度，要用各種篩孔的篩子篩分;摻合則是使縮分后的煤樣不失去代表性，每次縮分前都應(yīng)摻合，使其均勻化，摻合煤樣采用堆錐法;縮分的目的是使煤樣減少，又不失去其代表性;干燥能使煤樣暢通地通過破碎機(jī)、縮分機(jī)、二分器和篩子時，不致黏附在篩上;對需減灰的煤樣，將原始煤樣放人重液中進(jìn)行浮選，達(dá)到減灰的目的。

原始煤樣必須全部通過25mm的方孔篩后，方允許縮分，即篩分后務(wù)必將篩子上方粒徑大于25mm的塊煤破碎后全部通過孔徑25mm的篩子。在煤樣縮制過程中，務(wù)必遵循煤樣粒度與最小保留量之間的關(guān)系。這是因?yàn)槊菏且环N散狀物料，它存在一個可以保持與原物料組成相一致的最小保留量。如樣品保留量增大，就會不必要地增加制樣的工作量，故實(shí)際制樣時是期望能夠滿足制樣精密度要求又不必保留過多的樣品。

此外，還需注意分析煤樣的制備即存查煤樣的留取。分析煤樣可用小于1mm方孔篩或小于3mm圓孔篩的煤樣來直接制取。當(dāng)用小于1mm方孔篩制取樣品時，因小于1mm的煤樣的最小保留量應(yīng)為0.1kg，故不必縮分。如上述小于1mm的煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)，就可以應(yīng)用制粉機(jī)制成小于0.2mm的分析煤樣。當(dāng)然試樣也可以在達(dá)到小于0.2mm后達(dá)到空氣干燥狀態(tài)。制備好的分析煤樣，應(yīng)裝在帶磨口塞的廣口瓶中，瓶中所裝煤量不宜超過煤樣瓶的3/4。

當(dāng)用小于3mm圓7L篩制取小于3mm的樣品時，因小于3mm的煤樣的最小保留量應(yīng)為3.75kg，而小于0.2mm的煤樣僅需保留0.1kg，故必須對上述小于3mm的3.75kg煤樣用二分器連續(xù)縮分5次。進(jìn)行縮分操作時，將小于3mm、3.75kg煤樣，先用二分器縮分兩次，此時保留的樣品為0.94kg，然后將它摻合3遍，堆錐壓成煤餅后按9點(diǎn)法取出100個來制備分析煤樣，余下的0.84kg作為存查煤樣。

制樣全過程精密度的檢驗(yàn)接國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，存查煤樣保留的樣品量不小于0.5kg，自報出試驗(yàn)結(jié)果之日起，一般保留時間為2個月。