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楊佳，江寧川，王振國，韓瑞國
(天津市計量監督檢測科學研究院，天津300192)
摘要：近年來在傳統能源日益短缺，環境污染日益嚴重的背景下，固體生物質燃料成為新能源開發利用的一個重要途徑，固體生物質燃料的檢驗工作量也日益加大。GB/T 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》中規定的固體生物質燃料灰分測定方法工作量較大，且需要檢驗人員時刻關注爐溫及時間變化，效率較低。而市面上現有的智能馬弗爐中慢灰功能是針對GB/T 212-2008《煤的工業分析方法》中煤炭灰分的測定而設計的，與固體生物質燃料的灰分測定方法差異較大。項目的研究內容就是根據GB/T 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》中規定的固體生物質燃料灰分測定方法設計智能馬弗爐中溫控的軟件及硬件，實現固體生物質燃料灰分的自動測定。
0引言
近年來傳統能源日益短缺，環境污染日益嚴重，社會經濟的發展使人類對能源的需求不斷增長。如何控制減少溫室氣體排放，倍受世界各國關注。生物質能源是一種可再生能源，其消耗量居第4位，排在石油、煤炭和天然氣之后[1]。固體生物質燃料具有可再生和環境友好性，是新能源開發的一個重要途徑。固體生物質燃料通常由農作物秸稈、樹枝、木屑等經過破碎后壓縮而成，燃燒時可實現CO2生態“零”排放，大大降低SO2和NOx等有害氣體的排放。同時，灰分含量僅為煤炭的10%左右，很大程度上降低了顆粒物的排放，可替代煤炭等化石燃料應用于供暖、炊事等民用領域和鍋爐燃燒、發電等工業領域[2]。
固體生物質燃料作為可再生能源成為新能源開發利用的一個重要途徑，固體生物質燃料的檢驗工作量也日益加大。文中的研究內容就是根據GB/T 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》中規定的固體生物質燃料灰分測定方法設計智能馬弗爐中溫控的軟件及硬件，實現固體生物質燃料灰分的自動測定，改進工作方法，提高工作效率。
1國內外研究現狀
20世紀30年代，國外就開始研究生物質燃料的燃燒過程，生物質燃料產業開始逐漸形成。以固體生物質為燃料的小型熱電聯產已成為瑞典和丹麥的重要發電和供熱方式。在美國，使用固體生物質燃料的發電量比美國風能、熱能和地熱能發電的總和還多。時至今日，國外發達國家對固體生物質燃料的研究使用已經形成完整并且成熟的產業鏈，應用也日益廣泛。我國雖然生物質資源非常豐富，但對于固體生物燃料的研究仍處在初級階段，行業自身也存在利用率不高、標準不完善、行業門檻過低等諸多問題。
由于前些年沒有專用的固體生物質燃料檢驗標準，檢驗工作多參照煤的相關檢驗標準進行，雖然固體生物質燃料灰中組成成分與煤灰的組成大致相同，但在實際工作中發現，二者存在個別成分的含量高低差異顯著，其檢驗結果能否合理采信存在疑問。近年來，隨著國家相關行業協會以及標準化職能管理部門協同發力，一系列固體生物質燃料的檢驗方法標準相繼發布，也助推了行業發展。這些標準中，GB/T 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》作為基礎性的方法標準，定義了固體生物質燃料的水分、灰分、揮發分等檢驗方法，其檢驗結果能夠為固體生物質燃料的生產和利用提供基礎性的方向和數據支撐，因此至關重要。
2方法比較
固體生物質燃料的灰成分指標是固體生物質燃料直接燃燒發電利用中的一項必要指標，根據此指標可預測固體生物質燃料灰渣的熔融、結渣習性，從而指導鍋爐工藝[3]。目前國內市面上現有的智能馬弗爐中慢灰一項功能多是針對GB/T 212-2008《煤的工業分析方法》中對煤炭灰分的測定而設計的，與GB/T 28731-2012《固體生物質燃料工業分析方法》中規定的固體生物質燃料灰分測定方法差異較大。具體差別詳見表1。
通過表1我們可以看到，不僅各升溫段、保持溫段的溫度不同，升溫速率、保持時間也各不相同，相比之下，固體生物質燃料的灰化溫度較低，升溫速度較慢，同時灰化過程也更為緩慢。圖1可以更為明晰的展示這個過程。
顯然，為了更準確的測得固體生物質燃料的灰分，不能再參照煤的方法，應嚴格遵循新標準的要求。但是，現有的自動馬弗爐能否滿足新標準的過程控制要求呢?答案顯然是否定的。時下在售的各類智能馬弗爐、自動馬弗爐均具備自控功能或其他自定義功能，但通過現場試驗得出，雖然大部分馬弗爐能夠保證表1中的初始爐溫、第一恒溫段和第二恒溫段，但對于第一升溫段和第二升溫段的過程控制，就不能夠很好的滿足。由于煤的灰化過程要求在較短時間升至較高溫度，而固體生物質燃料的要求則正相反，要求在較長時間升至較短溫度，問題就在于升溫速率的控制。所以隨著固體生物質燃料行業的進一步發展，急需具有固體生物質燃料灰分自動測定裝置的研制。
2研制方案
通過對智能馬弗爐原有功能結構進行分析研究，從硬件和軟件兩方面下手。硬件上新增設備零件，軟件上新增檢測模塊、自檢模塊以及其他功能模塊。設備安裝調試后，根據通用技術要求，參考同類儀器設備已發布的校準規范，對新增溫控模塊溫度點開展檢定校準工作，從控溫性能和測量性能兩個大方面開展考核。在生產廠家的配合下仔細摸排，嚴格考核儀器設備計量性能的穩定性和精密性，并輔以大量實驗數據的支撐，完善設備狀態。
3設計路線
固體生物質燃料灰分自動測定裝置的設計路線如下：
(1)充分利用原有裝置。在不改變原有智能馬弗爐、自動馬弗爐的整體功能、結構的前提下，對其進行升級改造。可利用其“自控”、“自定義”等冗余按鍵開展改造工作。
(2)硬件改造路線。盡可能減少對硬件的改動，可利用原系統預留冗余的A/D采集通道進行數據采集，可以最大限度的保持原有硬件系統的完整性。
(3)軟件改造路線。相比較于硬件部分，軟件的改造是比較大的。需要改造的部分有：自檢功能、A/D采集功能、輸出控制功能。利用電路板預留的軟件燒寫端口將更新后的程序燒寫進單片機。
(4)改造后檢定校準。應對改造后的儀器設備開展全方位、全點位的檢定或校準工作，保證其計量性能穩定可靠。
4結束語
研制方案基于已發布實施多年的技術標準、方法文件，考慮了其硬件和軟件的復雜性以及與原有系統的適配性，從理論和實踐多角度層層推進，研究設計上基礎扎實、科學嚴謹，預算和時間安排合理，總體方案可行。同時，實現固體生物質燃料灰分自動測定具有重要的社會意義，固體生物質燃料灰分自動測定裝置的研制，可以實現固體生物質灰分的自動測定，大大提高測定的準確性，同時還可以將實驗室測定人員解放出來進行其他項目指標的測定，大大提高了生產效率。
參考文獻
[1]羅娟，侯書林，趙立欣．生物質顆粒燃料燃燒設備的研究進展[J]．可再生能源，2009，27(6)：90-95．
[2]田宜水，孟海波．農作物秸稈開發利用技術[M]．北京：化學工業出版社，2007．10-12．
[3]邢秀云，張克芮．固體生物質燃料灰成分測定方法的研究[J]．煤質技術，2010(5)：18-21． |
