本文對(duì)比了煤氣熱值分析的三種主要方法：水流式熱量計(jì)、燃燒式熱值儀、紅外分析熱值儀。并分析了這三種方法的應(yīng)用特點(diǎn)：水流式熱量計(jì)操作復(fù)雜，對(duì)測(cè)試環(huán)境條件要求高；燃燒式熱值儀可實(shí)現(xiàn)連續(xù)熱值分析，但測(cè)試結(jié)果受燃燒噴嘴進(jìn)氣壓力的變化影響較大；紅外分析熱值儀燃?xì)怏w積成分計(jì)算熱值，可實(shí)現(xiàn)快速、便攜熱值分析，且精度能滿足熱值計(jì)價(jià)要求。

    煤氣是一種干凈、方便、、的能源，已經(jīng)是能源市場(chǎng)上的重要商品。由于不同產(chǎn)地或不同形式獲得的煤氣，其物理、化學(xué)性質(zhì)各有不同，組分、熱值、密度和燃燒特性等均存在很大差異。在煤氣交易時(shí)，煤氣的熱值與密度是表明煤氣質(zhì)量的重要參數(shù)，其中熱值直接影響交易價(jià)格。實(shí)施煤氣熱值計(jì)價(jià)可體現(xiàn)按質(zhì)論價(jià)的原則，這是與慣例接軌的需要，有助于中國(guó)煤氣工業(yè)的發(fā)展。

    目前城市燃?xì)饨?，一般用水流式熱量?jì)、燃燒式熱值儀測(cè)定燃?xì)鉄嶂?，或者根?jù)燃?xì)怏w積成分計(jì)算。其中使用體積成分計(jì)算可直接換算成摩爾成分，有利于和標(biāo)準(zhǔn)接軌，并把各種方法得到的熱值歸結(jié)到統(tǒng)一的基礎(chǔ)上。本文從熱值分析原理出發(fā)，探討不同方法在煤氣熱值分析應(yīng)用中的適用性。

熱值分析方法

    煤氣熱值分析通常采用水流式熱量計(jì)、燃燒式熱值儀和紅外分析熱值儀等不同方法，原理如下文。

    1、水流式熱量計(jì)

    水流式熱量計(jì)測(cè)量熱值原理是一定量的燃?xì)庠嚇?，在恒定壓力和同等溫度的空氣條件下*燃燒，將燃燒后的氣體生成物冷卻至原先燃?xì)鉁囟炔⑷細(xì)庵泻瑲涞慕M分所生成的水蒸氣冷卻成冷凝水，這些總的熱量都由水流*吸收下來，從而經(jīng)過熱量計(jì)的水量和水流溫升計(jì)算出燃?xì)獾臏y(cè)試熱值，再將測(cè)試過程中各種必須考慮的修正值換算至標(biāo)準(zhǔn)狀況下的燃?xì)鉄嶂?。如此測(cè)得燃?xì)鉄嶂捣Q為高位熱值，也稱為總熱值或毛熱值。高位熱值減去燃?xì)庠嚵坷淠康臍饣療峒丛撊細(xì)獾牡臀粺嶂怠?/span>

    2、燃燒式熱值儀

    燃燒式熱值儀是應(yīng)用熱平衡原理測(cè)量?jī)魺嶂档?。?dāng)燃?xì)馀c空氣混合燃燒，排氣溫度在5°C范圍內(nèi)的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)燃燒溫度隨著燃?xì)獾馁|(zhì)量變化時(shí)，相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷空氣的量被加進(jìn)來。冷空氣的量與測(cè)量值成比例關(guān)系，由此可計(jì)算出凈熱值。

    3、紅外分析熱值儀

    異種原子構(gòu)成的分子在紅外線波長(zhǎng)區(qū)域具有吸收光譜，其吸收強(qiáng)度遵循郎伯—比爾定律。當(dāng)對(duì)應(yīng)某一氣體特征吸收波長(zhǎng)的光波通過被測(cè)氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)，兩者之間的關(guān)系遵守朗伯-比爾定律。因此通過檢測(cè)紅外光吸收率的變化可以得到煤氣中的甲烷等成分的體積濃度。將每種可燃?xì)怏w的單位發(fā)熱值乘以相應(yīng)組分的體積百分?jǐn)?shù)，各組數(shù)據(jù)之和即為混合氣體的熱值。

不同方法熱值儀應(yīng)用分析

    1、 水流式熱量計(jì)應(yīng)用分析

    水流式熱量計(jì)由熱量計(jì)主體和標(biāo)準(zhǔn)容積瓶、濕式流量計(jì)、皮膜調(diào)壓器、鐘罩水封式穩(wěn)壓器、燃?xì)庠鰸衿?、空氣增濕器及燃燒器等組成的。主體是不銹鋼外殼，采用48支Φ8.5×0.5mm豎管束熱交換器結(jié)構(gòu)，熱交換器接頭銀焊，整體鍍鉻，可提高耐腐蝕性。

    水流式熱量計(jì)對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較高。檢定開始前，燃?xì)庠鰸衿?、濕式氣體流量計(jì)、氣體穩(wěn)壓器內(nèi)的水溫應(yīng)與室溫達(dá)到平衡，其溫差不超過±0.5℃。檢定室內(nèi)應(yīng)沒有熱輻射影響、沒有強(qiáng)空氣對(duì)流，檢定過程中室溫波動(dòng)不超過±1℃。

    2、燃燒式熱值儀應(yīng)用分析

    燃燒式熱值儀可對(duì)煤氣的華白數(shù)、相對(duì)密度、熱值進(jìn)行連續(xù)、在線的自動(dòng)檢測(cè)和提供控制用信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用中熱值儀檢測(cè)準(zhǔn)確度還受到以下因素的影響：

    （1）根據(jù)熱值儀的技術(shù)要求，熱值儀燃燒噴嘴進(jìn)氣壓力必須與熱值儀本身的風(fēng)壓保持一致，即400Pa，壓力偏離此值，則會(huì)使熱值儀檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生偏差。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)燃燒噴嘴燃?xì)膺M(jìn)氣壓力的變化與熱值、華白數(shù)的變化基本上成正比關(guān)。要確保檢測(cè)結(jié)果符合熱值儀測(cè)量精度2%的要求，進(jìn)氣壓力不能超過（400±8）Pa；

    （2）用于標(biāo)定熱值儀的標(biāo)準(zhǔn)氣則是恒定組成、恒定相對(duì)密度。而出廠燃?xì)庀鄬?duì)密度的波動(dòng)范圍很寬，也就是說，出廠燃?xì)庀鄬?duì)密度不可能與標(biāo)準(zhǔn)氣*一致。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)燃?xì)庀鄬?duì)密度與標(biāo)準(zhǔn)氣相對(duì)密度相差越大，熱值儀檢測(cè)誤差就越大，需要對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正；

    （3）燃燒器對(duì)進(jìn)氣條件提出一定要求，樣氣處理效果的好壞將直接影響到熱值測(cè)量任務(wù)的成??；實(shí)際應(yīng)用中由于預(yù)處理系統(tǒng)問題出現(xiàn)進(jìn)氣噴嘴堵塞現(xiàn)象較多，需要進(jìn)行特別維護(hù)。

    3、紅外分析熱值儀應(yīng)用分析

便攜紅外煤氣成分及熱值儀Gasboard-3100P

    紅外測(cè)量方法可得到氣體體積濃度，根據(jù)可燃?xì)怏w的單位熱值計(jì)算得到實(shí)際熱值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了成分分析和熱值分析。標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)煤氣的摩爾成分用計(jì)算方法計(jì)算煤氣的熱值與密度，《GB/T11062煤氣發(fā)熱量、密度、相對(duì)密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法》也是參照標(biāo)準(zhǔn)制定的國(guó)家參考標(biāo)準(zhǔn)。而使用體積成分計(jì)算可直接換算成摩爾成分，有利于統(tǒng)一煤氣的按質(zhì)計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。相比較于其他氣體濃度測(cè)試方法，如色譜儀等，紅外分析還具有快速、操作簡(jiǎn)單、易于便攜、高性價(jià)比等特點(diǎn)。

    本節(jié)對(duì)使用中的三種不同煤氣熱值檢測(cè)方法進(jìn)行比較并總結(jié)如下：

    水流式熱量計(jì)操作環(huán)節(jié)復(fù)雜，對(duì)測(cè)試環(huán)境條件要求高，測(cè)試過程長(zhǎng)，受人為因素影響較大，無法滿足在線自動(dòng)熱值分析要求，可作為實(shí)驗(yàn)室參比方法使用。燃燒式熱值儀自動(dòng)化程度高，但燃燒條件對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，如進(jìn)氣壓力、氣源變化等，需要針對(duì)性做修正調(diào)整。為保證連續(xù)運(yùn)行效果，對(duì)樣氣預(yù)處理系統(tǒng)也提出較高要求。

    紅外分析熱值儀可準(zhǔn)確測(cè)試煤氣中CH4和CnHm的含量，反應(yīng)煤氣中實(shí)際成分的變化并得到準(zhǔn)確的熱值，有利于煤氣的質(zhì)量評(píng)估，有利于和標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求接軌。儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靈活應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室測(cè)試。應(yīng)用時(shí)也要注意采樣預(yù)處理的要求，避免光學(xué)池污染造成的儀器誤差。

來源：公眾號(hào)@工業(yè)過程氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)務(wù)必注明來源！