任明香 吴梅

（首钢水城钢铁（集团）有限责任公司，贵州 六盘水 553000）

一、煤的发热量定义及发热量数学模型

煤炭发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所发出的热量。目前水钢发热量的测定采用自动量热仪，采用氧弹量热法。测定工作原理：称取一定量的煤试样于氧弹热量计中，在充有过量的氧气中燃烧，放出的热量被一定量的水吸收，根据水温的升高来计算煤样的发热量。工业燃烧设备中煤炭发热量常用的收到基低位发热量,数学模型：Qnet,ar=(Qgr,ad-206Had)*-23Mt..............(1)

式中：Qnet,ar—收到基煤的低位发热量(J/g);Mt—煤的全水分(%);Mad—煤的空气干燥基水分（%）；Had—煤的空气干燥基氢值(%);Qgr,ad—空气干燥基高位发热量(J/g);206—煤中每1%氢的气化热校正值(J/g)；23—煤中每1%水分气化热校正值(J/g)。

干燥基高位发热量数学模型:

Qgr,d=Qbad-(94.15*Sbad+a*Qbad)*..............(2)

式中：Qgr,d—干燥基煤的高位发热量(J/g);Qbad—煤的弹筒发热量(J/g);Sbad—由弹筒洗液测得的煤的含硫量（%）;Mad—煤分析基水分（%）;94.15—煤中每1%硫对热值的校正值（J/g）;a—硝酸校正系数。由数学模型可知，弹筒发热量换算到高位发热量，若设定全硫值不变，弹筒发热量Qbad 计算干燥基高位发热量时，水分Mad 对计算值有影响。

由高位发热量换算到低位发热量。收到基低位发热量主要涉及干基氢值和水分，煤中的氢值主要受煤种的影响，对同类煤而言，氢值(Had)的变化不大。若设定氢值不变，Mad(煤空干基水分)及(Mt 煤全水分)，即煤的水分对煤的发热量影响大。

二、煤中水分测定对发热量影响分析

全水分(Mt)，是煤中所有内在水分和外在水分的总和。空气干燥基水分(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水分。也可以认为是内在水分。煤中水分是煤进化程度的考量指标。根据其结构状态又可分为内在水分和外在水分两种，吸附和凝聚在煤粒内部毛细孔中的水称为内在水分，附着在煤粒表面上的水称为外在水分。日常所说的煤的水分是指在环境温度和湿度下，煤与大气达到接近平衡时所失的那部分水(外在水)和留下来的内在水分。

外在水分通常在45℃～50℃的温度下经过一定时间后即能蒸发掉，内在水分比外在水分较难蒸发，要在105℃～110℃的温度下经过一定时间后才能蒸发掉。煤的水分受煤种及环境温度湿度影响较大，在测定中的关键问题是保证原来煤样的水分没有损失也没有增加，制样人员及化验人员在操作中需严格按照标准化要求执行，煤的水分样品需保存在密封良好的容器内，勿放在阳光直射及高温设备旁。制样过程需快速，避免吸潮或水分挥发。样品到达化验室后立即测定，若无法立即测定立即称量，必须进行水分损失校正。

在实际试验检测中出现过，同一种煤由于测定水分样品未保存在密闭良好的容器内或送到化验室未及时测定或制样不严格未按照国标执行，测定的水分产生误差造成发热量存在较大误差。因此要求煤样制样人员及化验人员在操作中严格执行国标的标准化要求，避免测定的发热量结果因水分测定误差而发生错误，影响数据的准确度。

同一厂家烧结煤同一发站，固定碳越高的煤，其发热量也越高。如表所示：

从以上统计表分析得出，同一厂家同一煤种同一发站，固定碳越高的煤，其发热量也越高：FCad=100-(Mad+Aad+Vad),由公式可以判断其固定碳与灰分产率、挥发分产率、水分有关，由此可知，灰分越高的煤，其固定碳就越低；在相同灰分的条件下，挥发分越低的煤，固定碳就越高。

三、发热量过程中的影响因素

依据氧弹发热量测定工作原理，首先要解决热量计的热容量的标定问题，即仪器量热系统温度每增加1 度需要吸收的热量，可通过一定量的基准量热物质苯甲酸来标定。

（一）苯甲酸标定热容量对发热量测定的影响

热容量是量热仪非常重要的参数，其标定的正确与否直接对测定结果产生重大影响。必须使用经国家计量部门检定合格并标明热值的二级或二级以上的基准量热物-苯甲酸。按GB/T213 中规定的方法标定热容量，确定在不同试验温升下需使用的实际热容量值。

（二）量热仪运行外部环境的影响

氧弹量热仪测定发热量解决量热系统与外界的热交换问题，采用在量热系统周围加双壁水套，通过控制水套温度消除或校正量热系统与外界的热交换。根据试样燃烧前后量热系统产生的温差，对附加热进行校正后得出煤的发热量。由于自动量热仪中数显温度计内元器件大部分是集成块及电子元器件，温度过低过高将影响元器件的功能。

（三）内外筒水的影响

自动量热仪内筒水是从外筒水注入的，在从外筒向内筒水注入时，水量和水的纯净度要保持一致。自动量热仪内筒水的热容量在整个仪器的热容量中占相当的的比重，由于水的比热较大，内外筒水的量不一致将会使仪器的热容量发生变化，导致发热量的测定误差。量热仪电磁阀，进水阀和放水阀易被点火丝、杂质或其他残渣堵塞，需要随时检查和及时清理，保持水中无杂质。

（四）煤样称量操作的影响

按照国标GB/T213-2008 测定发热量时要求空气干燥煤样的粒度必须小于0.2mm，质量0.9～1.1g(称准至0.0002g)。松散的煤样在燃烧时会发生飞溅，会引起发热量测定值偏低而导致试验失败。所以在测定过程中一定要将称取的煤样充分混合均匀，再把称取的松散煤样轻轻压实。重复测试时，称样、测量要同时进行，防止煤样吸收水分而导致试验数据发生误差，所以2 个煤样称量间隔时间不能太长。

（五）煤样燃烧不完全的影响

在测定完发热量后，燃烧皿中会出现剩余的煤样，这些煤样都是因为燃烧不完全产生的，而煤样燃烧不完全会导致测定的发热量数值比正常值偏低。影响煤样燃烧不完全的因素有：(1)煤样本身质量的问题。(2)因点火丝操作不当(3)氧弹使用不当也会使煤样燃烧不完全，

结束语

影响煤炭发热量准确测定的因素比较多，除以上分析的几种常见因素外，还有很多我们忽略的。我们只有在实际工作中本着高度负责的态度，通过不断地学习和积累，善于发现问题，分析问题，解决问题，才能确保测定结果的准确性。