《能源监测与评价》——能源监测技术（十）

第二节 燃料与燃烧的监测技术

一、概述

燃料通常是指能够通过燃烧过程而将化学能转换为热能的物质。它包括所有的化石燃料(如煤、石油、天然气、油页岩等)及由化石燃料加工而成的其他含能体(如煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、液化石油气、丙烷、甲烷、乙醇等)、生物质燃料(如薪柴)以及由生物质燃料加工而成的含能体(如沼气)。

燃料燃烧是化学能转换为热能的最主要方式。锅炉是将燃料燃烧的化学能转变为工质热能的主要设备。锅炉产生的蒸汽或热水也是一种优质的二次能源，除用于发电外，也广泛用于冶金、化工、轻工、食品等工业部门，而且是采暖的热源。

将燃料的化学能转换为热能的设备除锅炉外还有工业炉窑。工业炉窑量大面广，类型繁多。例如，冶金工业中就有炼铁高炉，炼钢平炉、转炉，轧钢连续加热炉、罩式退火炉，炼铜反射炉;建材工业中有水泥回转窑、立窑、砖瓦焙烧窑，陶瓷和砖瓦隧道窑，玻璃池窑;这些工业炉窑有的烧煤，有的采用重油、焦炭，机械工业中的各种热处理炉，化铁冲天炉等。或天然气作燃料，都是能耗大的装置。目前，我国大多数工业炉窑技术落后，热效率低，节能潜力大，是技术改造的重点。

为了使燃料高效地燃烧，必须了解各种燃料的成分和化学组成，因此需要对燃料进行分析。通常燃料分析有元素分析、工业分析和成分分析。对固体燃料主要进行元素分析和工业分析;对液体燃料使用元素分析，气体燃料多采用成分分析。本节将简要介绍有关燃料分析和燃烧监测技术，主要是煤的分析和煤燃烧监测技术。

二、燃料的采样和制样

煤是一种粒度和组成极不均匀的大宗散状物料，可简单视为水分、有机质和无机矿物质的三元混合物。煤质分析包括采样、制样、化验三个环节。从统计角度看，若误差用方差表示，则煤质分析的总误差有80%来源于采样，有16%来源于制样，化验仅占4%。通常从一批量的商品煤中抽出几百千克煤样，经过一系列破碎、缩分，制成所需的分析煤样后，该批煤的质量指标就已被确定。可见，采取有代表性的煤样，并将其无误差地制备成分析试样，是取得可靠数据的关键。

经常遇到供需双方关于灰分、水分，尤其是发热量的纠纷。究其原因，主要由于双方没有严格按照国家标准规定的方法进行操作，偶然误差较大。

所谓煤的采样就是从大量煤中采取具有代表性的一部分煤的过程。在锅炉热效率的测试中对燃料的取样有如下规定：

(1)人炉原煤取样，每次测试采集的原始煤样数量不少于总燃煤量的1%，并且总取样量不少于10kg，取样应在称重地点进行;当锅炉额定蒸发量(额定热功率)大于或者等于20t/h(14MW)时，采集的原始煤样数量不少于总燃料量的0.5%。

(2)对于液体燃料，从油箱或者燃烧器前的管道上抽取不少于1L样品，装入容器内，加盖密封，并且做上封口标记，送化验室。

(3)城市煤气及天然气的成分和发热量通常可由当地煤气公司或者石油天然气公司提供，对于其他气体燃料，可在燃烧器前的管道上开一取样孔，接上燃气取样器取样，进行成分分析，气体燃料的发热量可按其成分进行计算。

(4)对于混合燃料，可根据入炉各种燃料的元素分析、工业分析、发热量和全水分再按相应基质的混合比例求得对应值，然后作为单一燃料处理。

取样后还需对样品进行制样。制样过程包括破碎、过筛、掺合、缩分、干燥5个环节，当需要使用浮煤做分析化验时，还要进行减灰。破碎的目的是减小黏度，增加煤粒分散程度，改善煤的不均匀度;为使煤样破碎到必要的粒度，要用各种筛孔的筛子筛分;掺合则是使缩分后的煤样不失去代表性，每次缩分前都应掺合，使其均匀化，掺合煤样采用堆锥法;缩分的目的是使煤样减少，又不失去其代表性;干燥能使煤样畅通地通过破碎机、缩分机、二分器和筛子时，不致黏附在筛上;对需减灰的煤样，将原始煤样放人重液中进行浮选，达到减灰的目的。

原始煤样必须全部通过25mm的方孔筛后，方允许缩分，即筛分后务必将筛子上方粒径大于25mm的块煤破碎后全部通过孔径25mm的筛子。在煤样缩制过程中，务必遵循煤样粒度与最小保留量之间的关系。这是因为煤是一种散状物料，它存在一个可以保持与原物料组成相一致的最小保留量。如样品保留量增大，就会不必要地增加制样的工作量，故实际制样时是期望能够满足制样精密度要求又不必保留过多的样品。

此外，还需注意分析煤样的制备即存查煤样的留取。分析煤样可用小于1mm方孔筛或小于3mm圆孔筛的煤样来直接制取。当用小于1mm方孔筛制取样品时，因小于1mm的煤样的最小保留量应为0.1kg，故不必缩分。如上述小于1mm的煤样达到空气干燥状态，就可以应用制粉机制成小于0.2mm的分析煤样。当然试样也可以在达到小于0.2mm后达到空气干燥状态。制备好的分析煤样，应装在带磨口塞的广口瓶中，瓶中所装煤量不宜超过煤样瓶的3/4。

当用小于3mm圆7L筛制取小于3mm的样品时，因小于3mm的煤样的最小保留量应为3.75kg，而小于0.2mm的煤样仅需保留0.1kg，故必须对上述小于3mm的3.75kg煤样用二分器连续缩分5次。进行缩分操作时，将小于3mm、3.75kg煤样，先用二分器缩分两次，此时保留的样品为0.94kg，然后将它掺合3遍，堆锥压成煤饼后按9点法取出100个来制备分析煤样，余下的0.84kg作为存查煤样。

制样全过程精密度的检验接国家标准执行，存查煤样保留的样品量不小于0.5kg，自报出试验结果之日起，一般保留时间为2个月。