热值分析仪的原理

〈〉浅谈燃烧式热值仪与激光式热值仪在天铁集团动力厂50兆瓦级燃气蒸汽联合循环发电站的应用丁宇（天津天铁冶金集团有限公司动力厂，河北涉县056404）[摘要]分别从结构形式、测量原理两个方面介绍了燃烧式热值仪与激光式热值仪的特点、在应用过程中出现的问题与解决方法，同时分析了两种热值仪的优缺点。这两种热值仪配合使用可以提高煤气热值控制的精确度，从而提高了燃气轮机运行的稳定性，减少因煤气热值波动大而造成机组停机的次数，避免了能源浪费。[关键词]热值仪；精确度；稳定性；激光；高炉煤气；燃气轮机Applicationofburningcalorificvalueinstrumentandlasercalorificvalueinstrumentin50MWgas-steamcombinedcyclepowerstationofTiantieGroupPowerPlantDINGYu（TianjinTiantieMetallurgicalGroupCo.,Ltd.PowerPlant,HEBEI056404）AbstractThecharacteristicsofcombustioncalorificvalueinstrumentandlasercalorificvalueinstrumentareintroducedfromtwoaspectsofstructureformandmeasuringprinciple,andtheproblemsandsolutionsintheapplicationprocessareintroduced,andtheadvantagesanddisadvantagesofthetwokindsofcalorificvaluemetersareanalyzedatthesametime.Thecombineduseofthesetwokindsofcalorificvaluemeterscanimprovetheaccuracyofgascalorificvaluecontrol,thusimprovingthestabilityofgasturbineoperation,reducingthenumberofshutdowncausedbylargefluctuationofgascalorificvalue,andavoidingenergywaste.Keywordscalorificvaluemeter,accuracy,stability,laser,blastfurnacegas,gasturbineDOI:10.3969/j.issn.1006-110X.2019.03.010

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锥形量热仪的工作原理

锥形量热仪(CONE)是一种根据氧耗原理设计的测定材料燃烧放热的仪器。所谓氧耗原理是

指，物质完全燃烧时每消耗单位质量的氧会产生基本上相同的热量，即氧耗燃烧热(E)基本相

同。这一原理由Thornton在1918年发现，1980 年Huggett应用氧耗原理对常用易燃聚合物

及天然材料进行了系统计算，得到了氧耗燃烧热(E)的平均值为13.1 kJ/g，材料间的E值偏差

为5%。所以，在实际测试中，测定出燃烧体系中氧气的变化，就可换算出材料的燃烧放热。

具体公式为：Q = E(mO2 , ∞ - mO2)

这里, E =ΔHC/r0。对不同材料，ΔHC 与r0 的值各不相同，若ΔHC与r0 已知，可以求

算相应的燃烧热。在实际测量中,通过测定O2 的体积分数变化以求得热释放率(q·)

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Standard International Group(HK) Limited 上式中，α为氧耗空气部分的体积膨胀因子,α= 1 + ，β为燃烧产物同所需耗

氧摩尔数之比，Φ为体积分数表示的氧耗率， 。

若取E=13. 1×103 kJ/kg，MO2/Ma=32/28.95=1.1， = 0. 2095， (ΔP

为压力差，Te 为烟道中温度; C 为标定常数)，则当α= 1.105，β= 1. 5(甲烷燃烧气体) 时,锥

形量热仪计算燃烧时的释放热量公式为：

tga热重分析仪

TGA热重分析仪是一种常用的实验仪器，它可以用于测量材料在加热过程中的质量变化以及热分解过程的温度范围和热分解特性。TGA是热重分析（Thermogravimetric Analysis）的缩写，利用其测量原理可以对各种材料的热稳定性和失重过程进行研究和分析。

TGA热重分析仪主要由加热炉、样品皿、天平、温度传感器、温度控制系统等组成。在实验过程中，待测样品被放置在样品皿中，然后放入TGA热重分析仪中。随后，通过控制加热炉的温度，对样品进行加热，并实时记录样品的质量变化，同时通过温度传感器对样品进行温度检测和控制。

TGA热重分析仪的原理是基于样品在加热过程中质量的变化来分析材料的性质。当样品受热时，化学反应、热解、失水和失重等过程会导致样品质量的变化。通过测量样品质量的变化，可以获得热解温度、失重速率等信息。这些信息可以被广泛应用于材料科学、化学工程、聚合物材料、燃料研究等领域。

TGA热重分析仪在材料科学研究中有着广泛的应用。例如，它可以用于研究材料的热稳定性，通过测量材料在不同温度下的失重情况来评估材料在高温环境下的稳定性。此外，TGA还可以用于研究材料的热分解特性，通过分析样品的失重曲线和失重速率来确定材料热分解的温度范围和特征。

在聚合物材料领域，TGA热重分析仪也是一种常用的测试方法。通过测量聚合物材料在加热过程中的失重情况，可以得到聚合物材料的热稳定性、热分解温度以及热解反应的动力学参数。这些数据可以用于评估聚合物材料的可用性、稳定性和耐高温性能。

除了以上的应用领域，TGA热重分析仪还可以用于燃料研究、催化剂研究以及环境科学等领域。在燃料研究中，TGA可以用于测量燃料的热值、燃烧性能和燃烧过程中的质量变化情况。在催化剂研究中，TGA可以用于评估催化剂的稳定性、活性和失重过程。在环境科学中，TGA可以用于分析和评估大气颗粒物、污染物和有机物的热分解特性。

同步热分析仪操作注意事项

同步热分析仪是一种用于材料研究和分析的高级仪器，它可以同时测量样品的热重（TG）和差示扫描量热（DSC），并根据这些数据计算出样品的热特性，例如热稳定性、热分解动力学以及热峰温、热值等等。但是，同步热分析仪的使用需要注意一些操作事项，下面详细介绍。

操作前准备

1. 法丝熔点检查：使用的法丝的熔点需要符合仪器要求。每次使用仪器前都需要对法丝进行熔点检查，确保法丝熔点符合要求。

2. 样品制备：根据研究目的选择合适的样品制备，并根据实验需要进行样品预处理，例如先加热到特定温度进行预处理等等。

3. 仪器预热：同步热分析仪需要预热才能保持恒定的温度和稳定数据，所以在使用前需要进行预热，通常要求在合适的温度下至少预热30分钟。

操作过程中注意事项

1. 样品称量：称量样品应该准确，尽量使用量少的样品。过多的样品会导致仪器不能准确测量，同时也浪费金属法丝。

2. 取样、装样：使用已配药的样品的时候，应该使用针管或者专用取样器具取样，避免手持无保护因素地将样品装入热台中，以免样品扔虑。

3. 快速关闭炉门： 因为样品会发生热分解等不稳定反应，如果长时间不处理会导致分析不准确或者仪器损坏，所以在加热完毕后，要迅速关闭炉门，以免有其它因素干扰分析数据。

4. 清洗样品：清洗样品操作应在样品完全冷却之后进行，同时也要避免清洗过分，以免样品受到损坏。

后续操作注意事项

1. 保存数据：同步热分析仪测量的数据很重要，需要注意保存，以供后续分析。在保存数据时，需要记录样品信息、温度和时间等重要信息。

2. 分析数据：数据分析需要使用特定的软件，通常是计算机才能完成，还需要数据处理的相关知识。对于不熟悉处理数据的人员，建议寻求相关专家协助，避免因为数据分析不当而导致研究目的不能达到。

总之，操作同步热分析仪需要从前期准备到使用和维护都要注意事项。仪器使用者应该温习仪器使用手册，并且具有必要的仪器使用经验和相关知识才能更好地分析出需要的数据。