煤氣天然氣生物質(zhì)氣等氣體熱值分析儀原理及分析儀器選型

來源：西安諾科儀器有限責(zé)任公司 2023年01月04日 11:12

一、熱值分析行業(yè)應(yīng)用背景：

熱值又稱發(fā)熱量，是指單位質(zhì)量（指固體或液體）或單位體積（指氣體）的燃料全燃燒，燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度（一般為環(huán)境溫度）時(shí)所釋放出來的熱量，是表示燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)。

燃?xì)庵饕糜谌紵訜?，因此燃?xì)鉄嶂凳侨細(xì)夤こ讨幸膮?shù)。在燃?xì)馍a(chǎn)、供應(yīng)及應(yīng)用過程中，都需要經(jīng)常測(cè)燃?xì)鉄嶂?。如天然氣行業(yè)、鋼鐵和冶金行業(yè)各式窯爐產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣，煤化工行業(yè)的水煤氣和半水煤氣，發(fā)酵釀造相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生的沼氣、生物質(zhì)發(fā)酵副產(chǎn)氣等。

天然氣是烴類和少量非烴類混合氣體的總稱，氣源不同，天然氣組分和熱值各有差異，即便是相同體積的天然氣，其燃燒所產(chǎn)生的能量也各不相同。

依據(jù)GB/T 22723-2008《天然氣能量的測(cè)定》我國(guó)天然氣的計(jì)量方式開始由體積計(jì)量向能量計(jì)量轉(zhuǎn)變，天然氣能量計(jì)量與計(jì)價(jià)已成為國(guó)際上流行的天然氣貿(mào)易計(jì)量與結(jié)算方式。那么天然氣的熱值準(zhǔn)確分析，就顯得尤為重要，可有效避免因氣源不同引起的熱值偏差。

煤氣是鋼鐵及冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中的主要能源之一，焦?fàn)t煤氣，是煉焦用煤煉焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾后，所產(chǎn)生的一種可燃性氣體。高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的可燃?xì)怏w。兩種煤氣可燃組份都是以H2、CO、CH4、CnHm等為主，只不過濃度含量各有差異。

鋼鐵行業(yè)，各式窯爐會(huì)用煤氣來加熱鋼件或預(yù)熱鋼包，窯爐內(nèi)要達(dá)到預(yù)期的溫度，與煤氣熱值的穩(wěn)定度有很大關(guān)系。所以及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量煤氣熱值，對(duì)于合理生產(chǎn)和有效利用煤氣有著重要的意義。

不管是天然氣還是煤氣，這些可燃?xì)鉄嶂档臏?zhǔn)確測(cè)量，對(duì)生產(chǎn)工藝過程、燃?xì)赓Q(mào)易結(jié)算，都有著重要的指導(dǎo)意義。

二、氣體熱值分析方法：

目前可燃?xì)鉄嶂捣治龇椒ǚ譃橹苯臃ê烷g接法兩大類，直接法是直接通過燃燒可燃?xì)獾姆绞竭M(jìn)行熱值測(cè)量，間接法又稱成分分析法，是通過氣體分析儀器檢測(cè)可燃?xì)飧鱾€(gè)組分的精確濃度含量并以此計(jì)算出熱值。

2.1直接分析儀器：

水流式熱量計(jì)：國(guó)內(nèi)較為常見的一種直接法燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量設(shè)備，其原理基于傳統(tǒng)的燃燒法，用連續(xù)水流吸收燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱量，根據(jù)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的經(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)鉄嶂怠Ｈ绱藴y(cè)得的燃?xì)鉄嶂捣Q為高位熱值，也稱為總熱值或毛熱值。高位熱值減去其中冷凝水量的氣化熱值即該燃?xì)獾牡臀粺嶂怠?/section>

這種水流式熱量計(jì)操作復(fù)雜，測(cè)量環(huán)境條件要求高，測(cè)量過程長(zhǎng)，受人為因素影響較大，不能在線自動(dòng)檢測(cè)，無法滿足熱值實(shí)時(shí)分析要求。

燃燒式熱值儀：其原理是應(yīng)用熱平衡原理測(cè)量?jī)魺嶂档模矊儆谥苯臃ǖ囊环N。其原理是燃?xì)馀c空氣混合后進(jìn)行燃燒，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)冷空氣的量加進(jìn)來，冷空氣的量與測(cè)量值成正比關(guān)系，由此可計(jì)算出凈熱值。

燃燒式熱值儀自動(dòng)化程度高，但被測(cè)樣氣條件對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，如樣氣壓力、流量、水分、粉塵等雜質(zhì)，檢測(cè)結(jié)果存在一定滯后性，熱值波動(dòng)較大時(shí)燃燒控制不能及時(shí)提前響應(yīng)控制。缺乏有效排放方式，燃燒后產(chǎn)生的廢氣充斥在整個(gè)分析室沒有有效排放，影響分析時(shí)熱平衡，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量產(chǎn)生誤差。

總的來說，燃燒法熱值儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣熱值的連續(xù)自動(dòng)分析，但使用維護(hù)要求較高

2.2成分分析法：

氣相色譜儀：氣相色譜儀是利用色譜柱先將混合氣體分離，然后依次導(dǎo)入檢測(cè)器，計(jì)算出各燃?xì)饨M分含量，然后再計(jì)算出熱值。由于氣相色譜儀是以分離為基礎(chǔ)的分析技術(shù)，所以它往往多用于實(shí)驗(yàn)室，需要高純H2作為載氣，且對(duì)操作儀器的人員要求較高。此外，氣相色譜儀雖然分析精度高，但取樣誤差大。

奧式氣體分析儀：其原理是利用氣體中各組分能被具有不同吸收能力的試劑，按順序加以吸收，不被吸收的剩余氣體組分，則加入部分空氣，使其爆炸，然后根據(jù)吸收和爆炸前后體積變化及生成物的體積量計(jì)算混合氣體各組分含量。最后作各組分的含量計(jì)算。

這種氣體分析裝置，測(cè)定值比較準(zhǔn)確，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)和控制要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)是雖然購置成本低，但運(yùn)行成本高，如化驗(yàn)人員的人工成本、檢測(cè)器皿試劑成本。檢測(cè)結(jié)果和化驗(yàn)人員的操作技能熟練度有很大關(guān)系。相比其他其它分析儀，奧式氣體分析儀，分析費(fèi)時(shí)操作繁瑣響應(yīng)速度慢，效率低，無法實(shí)時(shí)分析。

紅外線氣體分析儀：是利用基于朗伯一比爾定律的紅外線分析原理，來檢測(cè)可燃?xì)庵械腃O\CH4等氣體濃度含量，，將每種可燃?xì)怏w的單位發(fā)熱值乘以相應(yīng)組分的體積分?jǐn)?shù)，各氣體之和即為混合氣體的熱值。

紅外線氣體分析儀在在被測(cè)氣體特征波長(zhǎng)3.3um左右有吸收干擾，如在天然氣中其他碳?xì)浠衔锖枯^大時(shí)，甲烷的測(cè)定值會(huì)偏大。

相比其他分析方法，紅外線氣體分析儀安裝后自動(dòng)化分析檢測(cè)，沒有人工操作流程避免人工操作帶來的誤差，是使用簡(jiǎn)單的一種。也能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，可以和各類DCS、PLC等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。

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