煤气天然气生物质气等气体热值分析仪原理及分析仪器选型

更新时间：2023-01-04

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一、热值分析行业应用背景：

热值又称发热量，是指单位质量（指固体或液体）或单位体积（指气体）的燃料全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）时所释放出来的热量，是表示燃料质量的一种重要指标。

燃气主要用于燃烧加热，因此燃气热值是燃气工程中要的参数。在燃气生产、供应及应用过程中，都需要经常测燃气热值。如天然气行业、钢铁和冶金行业各式窑炉产生的焦炉煤气、高炉煤气，煤化工行业的水煤气和半水煤气，发酵酿造相关行业产生的沼气、生物质发酵副产气等。

天然气是烃类和少量非烃类混合气体的总称，气源不同，天然气组分和热值各有差异，即便是相同体积的天然气，其燃烧所产生的能量也各不相同。

依据GB/T 22723-2008《天然气能量的测定》我国天然气的计量方式开始由体积计量向能量计量转变，天然气能量计量与计价已成为国际上流行的天然气贸易计量与结算方式。那么天然气的热值准确分析，就显得尤为重要，可有效避免因气源不同引起的热值偏差。

煤气是钢铁及冶金行业生产过程中的主要能源之一，焦炉煤气，是炼焦用煤炼焦炉中经过高温干馏后，所产生的一种可燃性气体。高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体。两种煤气可燃组份都是以H2、CO、CH4、CnHm等为主，只不过浓度含量各有差异。

钢铁行业，各式窑炉会用煤气来加热钢件或预热钢包，窑炉内要达到预期的温度，与煤气热值的稳定度有很大关系。所以及时准确地测量煤气热值，对于合理生产和有效利用煤气有着重要的意义。

不管是天然气还是煤气，这些可燃气热值的准确测量，对生产工艺过程、燃气贸易结算，都有着重要的指导意义。

二、气体热值分析方法：

目前可燃气热值分析方法分为直接法和间接法两大类，直接法是直接通过燃烧可燃气的方式进行热值测量，间接法又称成分分析法，是通过气体分析仪器检测可燃气各个组分的精确浓度含量并以此计算出热值。

2.1直接分析仪器：

水流式热量计：国内较为常见的一种直接法燃气热值测量设备，其原理基于传统的燃烧法，用连续水流吸收燃气全燃烧时产生的热量，根据达到稳定时的经过热量计的水量和水流温升计算出燃气的测试热值，再将测试过程中各种必须考虑的修正值换算至标准状况下的燃气热值。如此测得的燃气热值称为高位热值，也称为总热值或毛热值。高位热值减去其中冷凝水量的气化热值即该燃气的低位热值。

这种水流式热量计操作复杂，测量环境条件要求高，测量过程长，受人为因素影响较大，不能在线自动检测，无法满足热值实时分析要求。

燃烧式热值仪：其原理是应用热平衡原理测量净热值的，也属于直接法的一种。其原理是燃气与空气混合后进行燃烧，当燃烧温度随着燃气的质量变化时，相应地调节冷空气的量加进来，冷空气的量与测量值成正比关系，由此可计算出净热值。

燃烧式热值仪自动化程度高，但被测样气条件对测试结果影响较大，如样气压力、流量、水分、粉尘等杂质，检测结果存在一定滞后性，热值波动较大时燃烧控制不能及时提前响应控制。缺乏有效排放方式，燃烧后产生的废气充斥在整个分析室没有有效排放，影响分析时热平衡，会导致测量产生误差。

总的来说，燃烧法热值仪可以实现对煤气热值的连续自动分析，但使用维护要求较高

2.2成分分析法：

气相色谱仪：气相色谱仪是利用色谱柱先将混合气体分离，然后依次导入检测器，计算出各燃气组分含量，然后再计算出热值。由于气相色谱仪是以分离为基础的分析技术，所以它往往多用于实验室，需要高纯H2作为载气，且对操作仪器的人员要求较高。此外，气相色谱仪虽然分析精度高，但取样误差大。

奥式气体分析仪：其原理是利用气体中各组分能被具有不同吸收能力的试剂，按顺序加以吸收，不被吸收的剩余气体组分，则加入部分空气，使其爆炸，然后根据吸收和爆炸前后体积变化及生成物的体积量计算混合气体各组分含量。最后作各组分的含量计算。

这种气体分析装置，测定值比较准确，可以满足工业生产和控制要求，而且结构简单，操作方便。缺点是虽然购置成本低，但运行成本高，如化验人员的人工成本、检测器皿试剂成本。检测结果和化验人员的操作技能熟练度有很大关系。相比其他其它分析仪，奥式气体分析仪，分析费时操作繁琐响应速度慢，效率低，无法实时分析。

红外线气体分析仪：是利用基于朗伯一比尔定律的红外线分析原理，来检测可燃气中的CO\CH4等气体浓度含量，，将每种可燃气体的单位发热值乘以相应组分的体积分数，各气体之和即为混合气体的热值。

红外线气体分析仪在在被测气体特征波长3.3um左右有吸收干扰，如在天然气中其他碳氢化合物含量较大时，甲烷的测定值会偏大。

相比其他分析方法，红外线气体分析仪安装后自动化分析检测，没有人工操作流程避免人工操作带来的误差，是使用简单的一种。也能够实时在线监测数据远传，可以和各类DCS、PLC等进行联动控制。