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

一、熱值分析行業(yè)應用背景：

熱值又稱(chēng)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(lái)的熱量，是表示燃料質(zhì)量的一種重要指標。

燃氣主要用于燃燒加熱，因此燃氣熱值是燃氣工程中要的參數。在燃氣生產(chǎn)、供應及應用過(guò)程中，都需要經(jīng)常測燃氣熱值。如天然氣行業(yè)、鋼鐵和冶金行業(yè)各式窯爐產(chǎn)生的焦爐煤氣、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(lèi)和少量非烴類(lèi)混合氣體的總稱(chēng)，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GB/T 22723-2008《天然氣能量的測定》我國天然氣的計量方式開(kāi)始由體積計量向能量計量轉變，天然氣能量計量與計價(jià)已成為國際上流行的天然氣貿易計量與結算方式。那么天然氣的熱值準確分析，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(guò)程中的主要能源之一， 焦爐煤氣，是煉焦用煤煉焦爐中經(jīng)過(guò)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(guò)程中副產(chǎn)的可燃氣體。兩種煤氣可燃組份都是以H2、CO、CH4、CnHm等為主，只不過(guò)濃度含量各有差異。

鋼鐵行業(yè)，各式窯爐會(huì )用煤氣來(lái)加熱鋼件或預熱鋼包，窯爐內要達到預期的溫度，與煤氣熱值的穩定度有很大關(guān)系。所以及時(shí)準確地測量煤氣熱值，對于合理生產(chǎn)和有效利用煤氣有著(zhù)重要的意義。

不管是天然氣還是煤氣，這些可燃氣熱值的準確測量，對生產(chǎn)工藝過(guò)程、燃氣貿易結算，都有著(zhù)重要的指導意義。

二、氣體熱值分析方法：

目前可燃氣熱值分析方法分為直接法和間接法兩大類(lèi)，直接法是直接通過(guò)燃燒可燃氣的方式進(jìn)行熱值測量，間接法又稱(chēng)成分分析法，是通過(guò)氣體分析儀器檢測可燃氣各個(gè)組分的精確濃度含量并以此計算出熱值。

2.1直接分析儀器：

水流式熱量計：國內較為常見(jiàn)的一種直接法燃氣熱值測量設備，其原理基于傳統的燃燒法，用連續水流吸收燃氣全燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，根據達到穩定時(shí)的經(jīng)過(guò)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(guò)程中各種必須考慮的修正值換算至標準狀況下的燃氣熱值。如此測得的燃氣熱值稱(chēng)為高位熱值，也稱(chēng)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氣的低位熱值。

這種水流式熱量計操作復雜，測量環(huán)境條件要求高，測量過(guò)程長(cháng)，受人為因素影響較大，不能在線(xiàn)自動(dòng)檢測，無(wú)法滿(mǎn)足熱值實(shí)時(shí)分析要求。

燃燒式熱值儀：其原理是應用熱平衡原理測量?jì)魺嶂档?，也屬于直接法的一種。其原理是燃氣與空氣混合后進(jìn)行燃燒，當燃燒溫度隨著(zhù)燃氣的質(zhì)量變化時(shí)，相應地調節冷空氣的量加進(jìn)來(lái)，冷空氣的量與測量值成正比關(guān)系，由此可計算出凈熱值。

燃燒式熱值儀自動(dòng)化程度高，但被測樣氣條件對測試結果影響較大，如樣氣壓力、流量、水分、粉塵等雜質(zhì)，檢測結果存在一定滯后性，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(méi)有有效排放，影響分析時(shí)熱平衡，會(huì )導致測量產(chǎn)生誤差。

總的來(lái)說(shuō)，燃燒法熱值儀可以實(shí)現對煤氣熱值的連續自動(dòng)分析，但使用維護要求較高

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，然后依次導入檢測器，計算出各燃氣組分含量，然后再計算出熱值。由于氣相色譜儀是以分離為基礎的分析技術(shù)，所以它往往多用于實(shí)驗室，需要高純H2作為載氣，且對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，然后根據吸收和爆炸前后體積變化及生成物的體積量計算混合氣體各組分含量。最后作各組分的含量計算。

這種氣體分析裝置，測定值比較準確，可以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)和控制要求，而且結構簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)是雖然購置成本低，但運行成本高，如化驗人員的人工成本、檢測器皿試劑成本。檢測結果和化驗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，分析費時(shí)操作繁瑣響應速度慢，效率低，無(wú)法實(shí)時(shí)分析。

紅外線(xiàn)氣體分析儀：是利用基于朗伯一比爾定律的紅外線(xiàn)分析原理，來(lái)檢測可燃氣中的CO\CH4等氣體濃度含量，，將每種可燃氣體的單位發(fā)熱值乘以相應組分的體積分數，各氣體之和即為混合氣體的熱值。

紅外線(xiàn)氣體分析儀在在被測氣體特征波長(cháng)3.3um左右有吸收干擾，如在天然氣中其他碳氫化合物含量較大時(shí)，甲烷的測定值會(huì )偏大。

相比其他分析方法，紅外線(xiàn)氣體分析儀安裝后自動(dòng)化分析檢測，沒(méi)有人工操作流程避免人工操作帶來(lái)的誤差，是使用簡(jiǎn)單的一種。也能夠實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測數據遠傳，可以和各類(lèi)DCS、PLC等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。