[发明专利]测量锅炉灰渣可燃碳含量的方法

说明书

本发明提供一种测量锅炉灰渣可燃碳含量的方法，包括：测量锅炉灰渣有氧燃烧时的氧气消耗量，由燃烧全部可燃碳的总氧气消耗量计算锅炉灰渣可燃碳的含量绝对值，其中所述总氧气消耗量是通过将锅炉灰渣在热重‑质谱联用设备中燃烧与热解，由逸出气体质量流量求和值减去失重速率的求和值而获得的。本发明是通过准确测量气体的质量流量，结合失重的动态数据，精准测量可燃碳含量。该测量方法适用于所有锅炉灰渣，且不同种类灰渣的测量结果可以比对。

技术领域

本发明涉及锅炉灰渣可燃碳含量的测量，尤其涉及利用热重与质谱联用准确测量锅炉灰渣中残余可燃碳含量的方法。

背景技术

锅炉灰渣中的可燃碳含量不仅是反映燃烧状况好坏的重要指标，也决定了其在建材方面的应用范围。由于锅炉灰渣是在复杂动态的燃烧过程中形成的，其成分比较复杂。除过可燃碳以外，灰渣通常还包括水分、碳酸盐、硫酸盐及氧化物等，水分主要有颗粒间与颗粒内吸附的水、结晶水(如CaSO₄·2H₂O)、以及可能通过化学反应生成水的潜在水(如Ca(OH)₂)，碳酸盐包括投入炉内且未分解的、二次反应生成的、煤种自身携带的，硫酸盐主要来自脱硫过程。在可燃碳的测量过程中，目前通常采用烧失量(LOI:Loss-On-Ignition)来表征粉煤灰中可燃碳含量的大小，而灰渣中的水分、碳酸盐、硫酸盐的存在，往往造成烧失量与可燃碳含量之间存在非常大的差异。例如，对于流化床锅炉的飞灰，其偏差甚至大于两个数量级，即使对煤粉炉也存在大于40％的测量误差[参考文献1]。造成上述测量误差非常大的原因主要在于现有的测量手段无法分辨烧失过程中不同逸出组分的真实量的分布情况。例如，在煤粉炉飞灰的可燃碳测量中，飞灰内有以Ca(OH)₂形式存在的大量潜在水，其在400-500℃之间分解释放，因此这部分的质量损失往往被计入烧失量，但其并不完全是可燃碳的含量。Robert C.Brown利用热重研究不同飞灰可燃碳含量(以下简称TGA法)，该方法采用两段加热形式，第一段是样品在氮气氛围以固定升温速率升至725℃，根据热天平的失重量测定水分及碳酸盐中二氧化碳逸出量，第二段是在725℃恒温并将氮气切换为空气，此段测定的失重量认为是可燃碳的含量。以上述测量方法得到的可燃碳含量对比传统直接烧失法的数据，可以看到烧失法的误差对煤粉炉灰渣达到75％，对于流化床锅炉的误差超过100％，甚至达到2780％[参考文献1]。

在我国锅炉灰渣可燃碳含量的测量采用电力行业标准DL/L567.6-95，飞灰和炉渣可燃物测定方法中规定了两种方法，方法一是燃煤锅炉灰渣可燃物的例行监督方法(以下简称DL-A)，该方法为称取一定质量的飞灰或者渣样品，使其在815±10℃下缓慢灰化，根据其减少的质量计算其可燃物含量；方法二应用于锅炉机组性能考核及精确的热力计算(以下简称DL-B)，该方法则需按照GB212空气干燥法测定灰、渣空气干燥基水分和灰分，按照GB/T218测定灰、渣中碳酸盐的二氧化碳含量，总烧失量减去灰、渣中水分和碳酸盐内二氧化碳含量即为灰、渣中可燃物含量。方法一为传统的烧失量法，方法二中的可燃碳含量是利用减法求得，且并不是在同一过程完成测量，测量的误差难以控制。

为了更加清楚地测定循环流化床中灰渣的可燃碳含量，国内的学者也从两方面探索了测量方法。东北电力学院的吕太将烧失法分解成两步，首先利用工业分析中灰分测定，在815℃灼烧样品得到灰渣中挥发分与水分含量，其次通过在960℃灼烧样品，得到灰渣的烧失量，对于循环流化床锅炉飞灰的可燃碳含量用上述的烧失量扣除工业分析中水分及挥发分来计算(以下简称C-LOI法)[参考文献2]。清华大学的王启民通过将热重测量与红外定性分析结合(以下简称TGA-FT法)，该方法是将飞灰样品放入热天平托盘，首先通入惰性气体，从室温开始加热到725℃，保持这一温度至质量恒定，而后通入空气，继续保持这一温度，直至质量恒定；定义循环流化床锅炉飞灰碳含量就是通入空气后样品失重与样品初始质量的比值[参考文献3]。