上海上电电力运营有限公司 上海市 200245
摘要：在实验室中利用氧弹式量热计对污泥进行检测，在同一污泥中分别添加标煤和苯甲酸热值片，对比两种不同添加物对污泥热值检测的影响，从而确定哪种助燃物更适用于污泥热值检测。
关键词：污泥；热值；标准煤物质；苯甲酸热值片
引言：对于城镇污泥的处理方式，火电厂用污泥掺烧的方法进行处置，而污泥掺烧其热值是关键，但由于污泥含水率太高，导致低位热值较低，在实验室污泥检测过程中，低热值的污泥热值检测失败率远高于燃煤。对于污泥热值测定目前主要采用氧弹燃烧法[1]，钱君律等也采用氧弹式量热计对上海市区的10种污泥样品进行过燃烧热值测定，最低的污泥燃烧热值为2000J/g左右[2]，说明污泥具有一定的热值 ,但是又远低于煤炭。火电厂污泥的掺烧必须首先进行干化或半干化 ,在引燃时添加少量辅助燃料 ,其后可以达到自燃。在实验室中进行污泥热值检测。
实验室常用的助燃物一般有标准煤物质（以下简称“标煤”）或者苯甲酸热值片（以下简称“苯甲酸”），本次研究的目的是利用氧弹式量热计对污泥进行检测，在同一污泥中分别添加标煤和苯甲酸热值片，对比两种不同添加物对污泥热值检测的影响，从而确定哪种助燃物更适用于实验室污泥热值检测。
1 检测原理
本次研究使用的是湖南三德科技股份有限公司生产的SDAC6000型自动量热仪，其工作原理为：将一定量的待测物质放入氧弹中 ,在充有过量氧气的条件下完全燃烧 ,其燃烧的热效应使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高, 测量介质在燃烧前后的温度变化值ΔT, 即可根据温度的变化和测量介质的比热计算出测量物质的燃烧热。氧弹量热计的热容量通过在相似条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定, 根据试样点燃前后量热系统内水产生的温升,并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量[1]。
但由于污泥的热值范围非常低，其实验过程中的温升范围无法达到实验室常用的热量计有效工作区间，出现无法检测或者检测数据误差较大的情况。而且由于污泥本身灰分含量较高，不易燃烧，做热值检测时经常出现污泥样品无法燃尽的现象，平行样和重复性检测时数据出现较大差值。
在低热值的污泥样品中加入助燃物后，样品的总热值增加，试验中样品燃烧所释放的热量使内筒温升达到热量计的有效检测区间，从而得到更准确的检测结果。并且增加了污泥样品的燃烧接触面积，使样品充分进行燃烧，其检测结果精密度会更好。
2 样品预处理
本次研究所用的污泥分别来自于松江某污水厂与金山某污水厂，将采集来的污泥样品各分10份在40℃鼓风干燥箱中烘干至恒重，再用制粉机将样品制成粉状，粉状样品需通过0.2mm标准筛，保证样品的均匀性，再将制成粉状的样品装入带标签的密封瓶中备用。
3 实验仪器及条件
量热仪：SDAC6000型自动量热仪，湖南三德科技股份有限公司,恒温式测硫仪：SDS212型红外定硫仪，湖南三德科技股份有限公司
量热仪天平：PRACTUM224-1CN型电子天平（赛多利斯），载量（0-220）g，感量0.1mg测硫仪天平：XS204型电子天平（梅特勒），载量（0-220）g，感量0.1m氧气:纯度 ＞99.99%点火丝：50J充氧压力：（2.8-3.0）Mpa气瓶压力：＞5.0Mpa
4 实验试剂
标煤：国家一级标准物质，国家煤炭质量监督检验中心，本次研究使用的是高低两种不同热值的标煤，标准热值（32.16±0.16）MJ/kg的GBW11101f，标准热值（19.02±0.15）MJ/kg的GBW11111m，定值时间2018年12月。
苯甲酸：国家二级标准物质，中国计量科学研究院，本次研究使用的是苯甲酸GBW（E）130035 2018-1，标准热值26465 J/g。
5 实验步骤
5.1 使用标煤做助燃物
称取（1±0.1）g样品，记录样品质量并摊平。将天平归零后，称取（0.5±0.05）g标煤覆盖于污泥样品之上，记录标煤质量并摊平，再按照量热仪操作方法进行实验。
5.2 使用苯甲酸做助燃物
称取（1±0.1）g样品，记录样品质量并摊平，天平归零后，夹取1片苯甲酸（约0.5g）放置于污泥样品之上，记录苯甲酸质量，再按照量热仪操作方法进行实验。
5.3 计算高位发热量
读取样品的实验结果弹筒发热量Qb,ad，参照煤的发热量测定方法，计算高位发热量Qgr,ad[1]：
Qgr，ad =Qb，ad -(94.1Sb，ad +αQb，ad)
式中：
Qgr，ad——分析试样的高位发热量 (J/g)。
Qb，ad——分析试样的弹筒发热量 (J/g)。
Sb，ad——样品的含硫量 (%), 当全硫含量低于 4%时, 或发热量大于14.60 MJ/kg时 , 可用全硫或可燃硫代替 Sb,ad;根据样品的元素分析结果取值 。
94.1——煤中每 1%硫的校正值 (J)。
α——硝酸校正系数:
当 Qb≤16.70 MJ/kg, α=0.0010
当 16.70 MJ/kg<Qb≤25.10 MJ/kg, α=0.0012
当 Qb >25.10 MJ/kg, α=0.0016
加助燃剂后，应按总释热量考虑。将制好备用的污泥样品分别进行检测，同时用红外定硫仪对每份污泥样品做硫元素（St,ad）检测。
6实验数据及分析计算
6.1 实验数据
每份松江某污水厂污泥添加不同助燃物后进行热值检测，实验数据如表1所示。
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每份金山某污水厂污泥添加不同助燃物后进行热值检测，实验数据如表2所示。
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6.2 数据分析计算
观察表1、表2中数据，两种不同污泥在添加不同助燃物后，其实验结果的极差均未超过120J/g，符合《煤的发热量测定方法》GB/T213-2008的实验要求，极差 是精密度衡量指标之一[4]，即实验结果精密度合格。
根据表1、表2的数据，通过计算标准偏差，可进一步比较其精密度。
从表 3中可以看到，不同标准热值的标煤作为助燃物，污泥热值检测的精密度较接近，而苯甲酸作为助燃物，其检测结果相对偏差大于标煤作为助燃物时的相对偏差，即精密度较差。
7 结论
本次研究利用氧弹式量热计对污泥进行检测，通过实验确定标煤比苯甲酸更适用于污泥热值检测，其检测精密度更好。使用不同的标煤作为助燃物时，标煤的标准热值高低对于污泥热值的检测结果影响较小，检测结果无明显差异。从实验数据可以看到，不同污水厂的污泥样品其热值差距较大，但在实验过程中，通过添加助燃物的方式均能获得较为稳定的检测数值，即这种检测方法具有一定通用性，可应用于日常污泥热值检测中，有较高的实用性。部分污水厂的污泥其空干基高位热值能达到10000 J/g左右，说明污水厂污泥具有较高的含能水平，适宜进行掺烧，可将污泥资源化、循环化利用，减量化处理，从而变废为宝。
参考文献:
[1]GB/T213-2008 煤的发热量测定方法.
[2]钱君律，甘礼华，李光明等.上海城市污泥燃烧热的测定.实验室研究与探索，1999（3）：49-51.