工業(yè)鍋爐能效測(cè)試的爐渣和飛灰含碳量測(cè)定方法

孫 剛，齊國利

(1.中國機(jī)械設(shè)備工程股份有限公司，北京 100055;2.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100013)

0 前言

鍋爐定型產(chǎn)品能效測(cè)試，從源頭上阻止達(dá)不到TSG G0002－2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》限定值的產(chǎn)品流入市場(chǎng)，因此測(cè)試過程必須科學(xué)、嚴(yán)格［1－3］。對(duì)鍋爐能效影響較大的因素除了排煙熱損失q2，就是固體未完全燃燒熱損失q4［4－6］。q4的主要影響因素是爐渣和飛灰可燃物含量，爐渣和飛灰可燃物含量分析方法在TSG G0002－2010《工業(yè)鍋爐能效測(cè)試與評(píng)價(jià)規(guī)則》、GB/T 10180－2003中并沒有相關(guān)說明［7－8］。目前，爐渣和飛灰可燃物含量常用的方法主要有四種:一是元素分析法測(cè)定，二是灼燒減量法(LOI)測(cè)定，三是工業(yè)分析法測(cè)定，四是灼燒減量校正法(IDM)測(cè)定［6－7］。

1 研究對(duì)象及方法

本文以杭州某臺(tái)鍋爐能效測(cè)試為例，詳細(xì)說明四種測(cè)定方法產(chǎn)生的差異。該鍋爐的燃料特性等測(cè)試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 鍋爐能效測(cè)試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab.1 The basic data for boiler energy efficiency test

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 元素分析法

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是GB/T476－2008《煤中碳和氫的測(cè)定方法》［11］。這種方法按煤的元素分析方法進(jìn)行，分析有機(jī)碳、碳、氫、氮、全硫和氧，該方法特別注意到要分析有機(jī)碳元素，需要扣除碳酸鹽中分解出CO2的影響。爐渣和飛灰可燃物含量見公式(1)。

式中 Co，ad——有機(jī)碳含量;

Had——?dú)湓睾?

Nad——氮元素含量;

St，ad——全硫;

Oad——氧元素含量。

利用元素分析法分析的灰渣含碳量，及反平衡熱效率計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 元素分析法灰渣可燃物含量及熱效率測(cè)試結(jié)果Tab.2 The result of carbon content in ash and boiler thermal efficiency by elemental analysis

2.2 灼燒減量法

樣品破碎至0.2 mm(80目)，稱取此樣1±0.2 g，放入長(zhǎng)磁碟中，再放入事先已經(jīng)升到815±10℃的馬弗爐中進(jìn)行灼燒，灼燒2 h即可取出，放在石棉板上冷卻約5 min后，再移到干燥器中，冷卻到室溫(約30 min)，進(jìn)行稱樣，然后再進(jìn)行一次檢查性試驗(yàn)，在同樣的條件下灼燒30 min即可。直到重量變化不大于0.001 g為止［12］。

灰中可燃物含量按公式(2)計(jì)算

式中 C灰——灰渣可燃物含量/［%］;

G1——失去的重量/g;

G——樣品重量/g。

利用灼燒減量法測(cè)定的灰渣可燃物含量及反平衡效率結(jié)果見表3。

由于灼燒減量可能因水分蒸發(fā)和碳酸鹽分解引起，而這兩部分并不屬于可燃物。故要進(jìn)行實(shí)測(cè)水分及碳酸鹽分解產(chǎn)物以修正減量，才能得到較為準(zhǔn)確的可燃物含量。該方法可以用于使用單位的常規(guī)檢查、在用鍋爐簡(jiǎn)單測(cè)試等，但不宜用于以驗(yàn)收、產(chǎn)品定型為目的的熱工測(cè)試。

表3 灼燒減量法灰渣可燃物含量及熱效率測(cè)試結(jié)果Tab.3 The result of carbon content in ash and boiler thermal efficiency by loss on ignition

2.3 工業(yè)分析法

本方法依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T212－2008《煤的工業(yè)分析方法》［13］。主要是測(cè)定灰渣中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳等成分。不同煤種的灰渣工業(yè)分析，只做分析水。將失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在850℃的馬弗爐中加熱7 min，使揮發(fā)物逸出，取出后放入干燥器中冷卻至室溫再稱重，失重占煤樣原重的百分?jǐn)?shù)稱為揮發(fā)分。煤樣失掉水分和揮發(fā)分后的剩余部分為焦炭。由固定碳和灰分組成。焦炭在800±20℃以下灼燒至恒重，取出冷卻。樣品所失去重量即為固定炭，剩余部分則為灰分。這兩部分占原試樣的重量百分比，即為固定炭和灰分的含量。分析的基準(zhǔn)是空氣干燥基。

式中 Aad——空氣干燥基灰分;

Mad——空氣干燥基分析分。

表4 工業(yè)分析法灰渣可燃物含量及熱效率測(cè)試結(jié)果Tab.4 The result of carbon content in ash and boiler thermal efficiency by proximate analysis

該方法，考慮了分析水的影響，但未考慮碳酸鹽的影響。與灼燒減量法一樣，可以用于使用單位的常規(guī)檢查、在用鍋爐簡(jiǎn)單測(cè)試等，但不宜用于以驗(yàn)收、產(chǎn)品定型為目的的熱工測(cè)試。

2.4 灼燒減量校正法

即先測(cè)出其中灰分水分等不可燃部分，然后由差減該部分得出可燃物含量，以下簡(jiǎn)稱IDM法［14］。

式中 (CO2)car，ad—碳酸鹽含量。

表5 灼燒減量校正法灰渣可燃物含量及熱效率測(cè)試結(jié)果Tab.5 The result of carbon content in ash and boiler thermal efficiency by loss on ignition correction

IDM法雖然不能直接了解可燃物的組成及含量，但其測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行。只要進(jìn)行灼燒求出減量，由于減量可能因水分蒸發(fā)和碳酸鹽分解引起，而這兩部分并不屬于可燃物。故要進(jìn)行實(shí)測(cè)水分及碳酸鹽分解產(chǎn)物以修正減量，才能得到較為準(zhǔn)確的可信值。

2.5 四種方法的結(jié)果比較

從表2～5的計(jì)算結(jié)果可以看出，表2和表5的結(jié)果幾乎一致。兩種方法一致，但都需要較為復(fù)雜的測(cè)試方法。表3和表4的測(cè)試方法有差異，但工業(yè)分析法較灼燒減重法相對(duì)準(zhǔn)確，因?yàn)楣I(yè)分析法扣除了灰分和水分，而灼燒減重法只扣除了灰分，幾種結(jié)果的準(zhǔn)確性比較如下:元素分析法=灼燒減量校正法＞工業(yè)分析法＞灼燒減量法。

3 結(jié)論

由于工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品能效測(cè)試方法、簡(jiǎn)單測(cè)試方法針對(duì)的目的不同，因此其灰渣可燃物含量分析化驗(yàn)方法也應(yīng)有所區(qū)別，通過對(duì)爐渣、飛灰可燃物含量四種分析方法的比較，得出如下結(jié)論:

(1)鍋爐能效測(cè)試，其爐渣和飛灰可燃物含量的化驗(yàn)分析，應(yīng)考慮水分蒸發(fā)和碳酸鹽分解產(chǎn)生的影響;

(2)鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡(jiǎn)單測(cè)試，其爐渣、飛灰可燃物含量可以采用灼燒減量法或工業(yè)分析法;

(3)工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品熱效率測(cè)試和工業(yè)鍋爐運(yùn)行工況熱效率測(cè)試，其爐渣和飛灰可燃物含量，宜采用元素分析法或灼燒減量校正法;

(4)以司法鑒定為目的的工業(yè)鍋爐能效測(cè)試，其爐渣、飛灰可燃物含量，必須采用元素分析法或灼燒減量校正法。

［1］中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院.TSG G0002－2010:鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程［S］.北京:新華出版社，2010.

［2］齊國利，管堅(jiān)，冷浩.工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品熱效率測(cè)試方法探討［J］.節(jié)能技術(shù)，2013，31(2):120－122.

［3］李柳強(qiáng).燃油鍋爐熱效率及影響因素分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2011，29(2):134－136.

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［8］北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所.GB/T 10180－2003:工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

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［10］電力工業(yè)部熱工研究院.DL/T 567.6－95:飛灰和爐渣可燃物測(cè)定方法［S］.北京:中國電力出版社，1995.

［11］煤炭科學(xué)研究總院煤炭檢測(cè)研究所，云南省煤炭勘察實(shí)驗(yàn)室.GB/T476－2008:煤中碳和氫的測(cè)定方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［12］孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃燒試驗(yàn)技術(shù)與方法［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［13］煤炭科學(xué)研究總院煤炭分析實(shí)驗(yàn)室，云南煤田地勘公司143隊(duì).GB/T212－2008:煤的工業(yè)分析方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［14］李小江.DL/T 567.6－95:火電廠燃料試驗(yàn)方法飛灰和爐渣可燃物測(cè)定方法說明［J］.電力標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，1996 (3):28－30.