本文對比了煤氣熱值分析的三種主要方法：水流式熱量計、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：水流式熱量計操作復(fù)雜，對測試環(huán)境條件要求高；燃燒式熱值儀可實現(xiàn)連續(xù)熱值分析，但測試結(jié)果受燃燒噴嘴進氣壓力的變化影響較大；紅外分析熱值儀燃氣體積成分計算熱值，可實現(xiàn)快速、便攜熱值分析，且精度能滿足熱值計價要求。

    煤氣是一種干凈、方便、、的能源，已經(jīng)是能源市場上的重要商品。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，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格。實施煤氣熱值計價可體現(xiàn)按質(zhì)論價的原則，這是與慣例接軌的需要，有助于中國煤氣工業(yè)的發(fā)展。

    目前城市燃氣界，一般用水流式熱量計、燃燒式熱值儀測定燃氣熱值，或者根據(jù)燃氣體積成分計算。其中使用體積成分計算可直接換算成摩爾成分，有利于和標(biāo)準接軌，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、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

    水流式熱量計測量熱值原理是一定量的燃氣試樣，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氣溫度并將燃氣中含氫的組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)過熱量計的水量和水流溫升計算出燃氣的測試熱值，再將測試過程中各種必須考慮的修正值換算至標(biāo)準狀況下的燃氣熱值。如此測得燃氣熱值稱為高位熱值，也稱為總熱值或毛熱值。高位熱值減去燃氣試量冷凝水量的氣化熱即該燃氣的低位熱值。

    2、燃燒式熱值儀

    燃燒式熱值儀是應(yīng)用熱平衡原理測量凈熱值的。當(dāng)燃氣與空氣混合燃燒，排氣溫度在5°C范圍內(nèi)的穩(wěn)定性進行測量的。當(dāng)燃燒溫度隨著燃氣的質(zhì)量變化時，相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷空氣的量被加進來。冷空氣的量與測量值成比例關(guān)系，由此可計算出凈熱值。

    3、紅外分析熱值儀

    異種原子構(gòu)成的分子在紅外線波長區(qū)域具有吸收光譜，其吸收強度遵循郎伯—比爾定律。當(dāng)對應(yīng)某一氣體特征吸收波長的光波通過被測氣體時，其強度將明顯減弱，強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。將每種可燃氣體的單位發(fā)熱值乘以相應(yīng)組分的體積百分數(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、 水流式熱量計應(yīng)用分析

    水流式熱量計由熱量計主體和標(biāo)準容積瓶、濕式流量計、皮膜調(diào)壓器、鐘罩水封式穩(wěn)壓器、燃氣增濕器、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。

    水流式熱量計對測試環(huán)境要求較高。檢定開始前，燃氣增濕器、濕式氣體流量計、氣體穩(wěn)壓器內(nèi)的水溫應(yīng)與室溫達到平衡，其溫差不超過±0.5℃。檢定室內(nèi)應(yīng)沒有熱輻射影響、沒有強空氣對流，檢定過程中室溫波動不超過±1℃。

    2、燃燒式熱值儀應(yīng)用分析

    燃燒式熱值儀可對煤氣的華白數(shù)、相對密度、熱值進行連續(xù)、在線的自動檢測和提供控制用信號。實際應(yīng)用中熱值儀檢測準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，則會使熱值儀檢測結(jié)果產(chǎn)生偏差。試驗發(fā)現(xiàn)燃燒噴嘴燃氣進氣壓力的變化與熱值、華白數(shù)的變化基本上成正比關(guān)。要確保檢測結(jié)果符合熱值儀測量精度2%的要求，進氣壓力不能超過（400±8）Pa；

    （2）用于標(biāo)定熱值儀的標(biāo)準氣則是恒定組成、恒定相對密度。而出廠燃氣相對密度的波動范圍很寬，也就是說，出廠燃氣相對密度不可能與標(biāo)準氣*一致。實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)燃氣相對密度與標(biāo)準氣相對密度相差越大，熱值儀檢測誤差就越大，需要對檢測結(jié)果進行修正；

    （3）燃燒器對進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量任務(wù)的成敗；實際應(yīng)用中由于預(yù)處理系統(tǒng)問題出現(xiàn)進氣噴嘴堵塞現(xiàn)象較多，需要進行特別維護。

    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

    紅外測量方法可得到氣體體積濃度，根據(jù)可燃氣體的單位熱值計算得到實際熱值，同時實現(xiàn)了成分分析和熱值分析。標(biāo)準要求，根據(jù)煤氣的摩爾成分用計算方法計算煤氣的熱值與密度，《GB/T11062煤氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法》也是參照標(biāo)準制定的國家參考標(biāo)準。而使用體積成分計算可直接換算成摩爾成分，有利于統(tǒng)一煤氣的按質(zhì)計價標(biāo)準。相比較于其他氣體濃度測試方法，如色譜儀等，紅外分析還具有快速、操作簡單、易于便攜、高性價比等特點。

    本節(jié)對使用中的三種不同煤氣熱值檢測方法進行比較并總結(jié)如下：

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

    紅外分析熱值儀可準確測試煤氣中CH4和CnHm的含量，反應(yīng)煤氣中實際成分的變化并得到準確的熱值，有利于煤氣的質(zhì)量評估，有利于和標(biāo)準和國家標(biāo)準要求接軌。儀器結(jié)構(gòu)簡單，可靈活應(yīng)用于現(xiàn)場或?qū)嶒炇覝y試。應(yīng)用時也要注意采樣預(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@工業(yè)過程氣體監(jiān)測技術(shù)，轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明來源！