《煤的发热量测定方法》ppt课件资料.ppt

GB/T213-2008煤的发热量测定方法煤的发热量测定方法主要内容主要内容三、量热仪的结果分析三、量热仪的结果分析概念的定义和单位概念的定义和单位热容量的标定热容量的标定发热量的测定发热量的测定一、量热仪原理一、量热仪原理二、量热仪结构：二、量热仪结构：精密度的评价方法精密度的评价方法准确度的评价方法准确度的评价方法氧弹、内筒、外筒、搅拌器、氧弹、内筒、外筒、搅拌器、温度计、点火装置、附属部件温度计、点火装置、附属部件氧弹量热法的基本原理氧弹量热法的基本原理一、量热仪原理一、量热仪原理1.1.定义和单位定义和单位（1 1）热量）热量 热量指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量。热量的单位为焦耳，焦耳的符号为J。焦耳（J）是指1牛顿（N）的力使其作用点在力的方向上移动1米（m）所做的功。1J=1 Nm （2 2）发热量）发热量 单位质量的物质完全燃烧时所放出的热量，称为该物质的发热量（或称热值）。发热量是以焦/克（J/g）或兆焦/千克（MJ/kg）为单位。1MJ/kg=1000J/g。注意：热量和发热量（或称热值）是两个不同的概念。（3 3）温度单位）温度单位 开尔文是热力学温标的温度单位，是统一的法定计量单位。符号为K。摄氏温度不是法定计量单位，不过目前还允许使用。符号为。T(开尔文)=273.15+t(摄氏度)即摄氏温度的0，对应热力学温标的温度为273.15K。而热力学温标的0K，对应摄氏温度的273.15。绝对零度绝对零度水的三相点水的三相点0K0K273.16K273.16K（4 4）量热体系）量热体系 量热体系是指热容量标定和发热量测试过程中，试样放出的热量所能达到的各个部件。它们包括内筒中的水、内筒、氧弹及搅拌器、感温探头浸没在水中的部分等。（5 5）量热仪的有效）量热仪的有效热容量热容量 量热体系产生单位温升所需要的热量，称为量热仪的有效热容量，用E表示，单位为J/或J/K。注意：热容量和比热是两个不同的概念，热容量是指量热体系温度升高1所吸收的热量，而比热是指1g物质温度升高1所吸收的热量。2.2.氧弹量热法的基本原理氧弹量热法的基本原理恒温式量热仪工作原理图恒温式量热仪工作原理图（1 1）原理）原理 将一定量的试样放入充过量氧气的弹筒内燃烧，放出的热量被一定量的水吸收，根据水温升高来计算试样的发热量。（2 2）氧弹量热法必须解决两个问题：）氧弹量热法必须解决两个问题：a.预先知道仪器的热容量（即该仪器的量热系统温度每升高1K所需要吸收的热量），可以通过苯甲酸来标定解决。b.量热系统与外界的热交换的问题，可以通过量热系统周围加一双壁水套（内筒），通过控制水套的温度消除或校正量热系统与外界的热交换来解决。3.3.热容量的标定热容量的标定（1 1）定义定义 用一种已知热值的物质来测量整个量热体系温度升高1所需的热量，即测得量热仪的热容量。已知热值的物质，现在常用的是一种由权威机构已经定值的叫做苯甲酸的基准量热物质，二等或二等以上。（2 2）操作操作 标定热容量时，是将一定量已知热值的二级苯甲酸置于密封的氧弹中，在充足的氧气条件下，令试样完全燃烧，燃烧所放出的热量被内筒水所吸收，测出内筒水的温升，计算出点火丝热量、硝酸生成热、冷却校正值，就可得出量热体系温度升高1所需的热量，此即这台量热仪的热容量。（3 3）计算公式计算公式E热容量（J/或J/K）m试样质量（g）Q苯甲酸热值（J/g）q1点火丝热量（J）qn硝酸生成热（J）qn=Qm0.0015 主期温升（K或）C温升冷却校正值（K或）（4 4）热容量的有效期热容量的有效期 热容量标定值的有限期为三个月，超过此期限时应重新标定。但有下列情况时应立即重标：a.a.更换温度计；b.b.更换量热仪的大部件，如氧弹头、连接环（密封圈、电极柱、螺母等小部件不在此列）；c.c.标定热容量和测发热量时的内筒水温相差超过5K；d.d.量热仪经过较大的搬动。如果量热仪的量热系统没有显著改变，重新标定的热容量与前一次的热容量相差不应大于0.25%，否则，应找出原因，解决后再重新标定。3.3.发热量的测定发热量的测定（1 1）定义定义 当要测某种可燃物质的热值时，只需将一定量的该物质置于量热体系中燃烧，测出量热体系的温升值，即可算出该物质的热值。注意：发热量测定的作步骤与标定热容量时类似，也要称样、装样、充氧、测水温等。不同的是点火丝热量和添加物的热量不是试样燃烧产生的热量，所以要减去。（2 2）计算公式计算公式 其中：Qb,ad弹筒发热量（J/g或MJ/kg）E热容量（J/k或J/）m试样质量（g）主期温升（）q1点火丝热量（J）q2添加物热量（J）C冷却校正值（）（3 3）弹筒发热量、高位发热量和低位发热量弹筒发热量、高位发热量和低位发热量a.a.弹筒发热量：弹筒发热量：单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸、硫酸、液态水和固态的灰时放出的热量。其符号为Qb.ad。弹筒发热量也就是实验室内用氧弹热量计直接测得的发热量。弹筒发热量要高于煤在实际燃烧时发出的热量。b.b.恒容高位发热量：恒容高位发热量：单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水和固态的灰时放出的热量。其符号为Qgr,v,ad。恒容高位发热量即由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸校正热（硫酸生产热和二氧化硫生成热之差）后得到的发热量。高位发热量常用于电厂评价煤的质量。c.c.恒容低位发热量恒容低位发热量：单位质量的试样在恒容条件下，在过量氧气中燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、气态水和固态的灰时放出的热量。其符号为Qnet,v,ar。恒容低位发热量是恒容高位发热量减去水（煤中原有的水和煤中氢燃烧生成的水）的气化热后得到的发热量。低位发热量常用于标准煤耗的计算中。d.d.恒压低位发热量恒压低位发热量：单位质量的试样在恒压条件下，在过量氧气中燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、气态水和固态的灰时放出的热量。其符号为Qnet,p,ar。恒压低位发热量是恒压高位发热量减去水的气化热（恒压）后得到的发热量。恒压高位发热量为恒容高位发热量减去体积膨胀功所得的热量。（4 4）燃烧条件与燃烧产物种类及其相态关系燃烧条件与燃烧产物种类及其相态关系 g g气态气态 I I液态液态 燃烧条件 燃烧产物种类及其相态 热力学状态 CHSN氧弹内 CO2(g)H2O(I)H2SO4(I)HNO3(I)恒容状态 空气中 CO2(g)H2O(I)SO2(g)N2(g)恒压状态 工业锅炉中CO2(g)H2O(g)SO2(g)N2(g)恒压状态 a.a.在氧弹中燃烧产生的发热量就是弹筒发热量（恒容状态），可由以下公式计算 b.b.在空气中燃烧产生的发热量就是恒压高位发热量Qgr，p，ad,可由以下公式计算：Qgr，v，ad=Qb，v，ad(94.1Sb，ad+Qb，v，ad)上式中当St，ad4.00%或Qb,v,ad 14.60MJ/时，可用St，ad代替Sb，ad 当Qb，ad16700焦/克时，=0.0010 16700焦/克Qb，ad25100焦/克时，=0.0012 25100焦/克Qb，ad时，=0.0016c.c.在工业锅炉中燃烧产生的发热量就是恒压低位发热量，可由以下公式计算：Qnet，p，ar=Qgr，v，ad-212Had-0.8(Qad+Nad)-24.4Mar 而恒容低位发热量的计算公式为：Qnet，v，ar=(Qgr，v，ad-206Had)-23Mar二、量热仪结构二、量热仪结构 一台完整的量热仪应包括如下部件：氧弹、内筒、外筒、搅拌器、温度传感器、点火装置、温度测量部件、水量定量装置、控制系统及软件。另外附属部件还有：充氧仪、放气阀、压饼机、天平、氧气钢瓶等。通常量热仪有两种，恒温式和绝热式。目前国内大量使用的是恒温式量热仪，所以接下来我们主要介绍恒温式量热仪。1.1.氧弹氧弹图为图为5E-AC80185E-AC8018使用的氧弹使用的氧弹氧弹材料：耐热、耐腐蚀的氧弹材料：耐热、耐腐蚀的镍铬或镍铬钼合金。镍铬或镍铬钼合金。氧弹容积：一般在氧弹容积：一般在(250(250350)mL350)mL。水压试验：我国氧弹水压试验是水压试验：我国氧弹水压试验是20MPa20MPa，2 2年年内有效。内有效。充氧压力和时间：充氧压力和时间：(2.8-3.0)Mpa(2.8-3.0)Mpa并持续充氧并持续充氧15s15s以上。以上。禁止超过禁止超过3.2MPa3.2MPa。2.2.内筒内筒（1 1）内筒材料、形状、容量。）内筒材料、形状、容量。内筒材料：紫铜、黄铜、内筒材料：紫铜、黄铜、不锈钢不锈钢 内筒形状：断面可为内筒形状：断面可为椭圆椭圆、菱形或其他、菱形或其他 内筒容量：可装内筒容量：可装(2000-3000(2000-3000）mLmL水水图为图为5E-AC5E-AC系列量热仪椭圆型内筒系列量热仪椭圆型内筒（2 2）内筒水量）内筒水量内筒水量要求：内筒水量要求：放入氧弹后往内筒加水，使氧弹盖的顶面淹没在水面下（10-20）mm。内筒水量应在所有试验中保持相同，相差不超过0.5g。内筒水量对实验结果的影响：内筒水量对实验结果的影响：水量过多，搅拌引起飞溅；水量过少，搅拌引起氧弹盖外露，部分热量未被水吸收。内筒进水方式：内筒进水方式：称量法称量法、平衡法平衡法、量杯法量杯法、水位探针定量水位探针定量法。法。3.3.外筒外筒（1 1）外筒材料、形状）外筒材料、形状外筒材料：金属制成的双壁容器形状：外壁为圆形，内壁形状则依内筒的形状而定 外筒应完全包围内筒，内外筒间应有（1012）mm的间距，尽量减少内外筒之间的热交换。（2 2）控温方式）控温方式 根据外筒控温方式的不同分为恒温式外筒和绝热式外筒。a.a.恒温式外筒：恒温式外筒：自动控温外筒：外筒在整个试验过程中，外筒水温变化应控制在0.1K之内。静态式外筒：盛满水后其热容量应不小于热量计热容量的 5倍，以便保持试验过程中外筒温度基本恒定。b.b.绝热式外筒绝热式外筒 绝热式量热仪外筒中装有自动控温装置，通过自动控温装置，外筒水温能紧密跟踪内筒的温度。外筒水量应尽量少，且外筒的水还应在恒温筒的双层盖中循环。要求一次实验过程中，内外筒间热交换应不超过20J。4.4.搅拌器搅拌器 搅拌的方式：搅拌的方式：螺旋桨式和电磁式，但都需要电机带动。螺旋桨式和电磁式，但都需要电机带动。转速：转速：（400400600600）r/minr/min为宜，根据经验转速为宜，根据经验转速500r/min500r/min比较理想，应保持恒定，不能时快时慢。比较理想，应保持恒定，不能时快时慢。搅拌效率：点火到终点的时间搅拌效率：点火到终点的时间不超过不超过10min10min，如果超过，如果超过10min10min，说明搅拌效率不够，说明搅拌效率不够 。搅拌热：当内、外筒水温与室温一致时，连续搅拌搅拌热：当内、外筒水温与室温一致时，连续搅拌10min10min所产生的热量所产生的热量不应超过不应超过120J120J。5.5.温度计温度计 目前我公司量热仪使用的温度计采用的是铂电阻读温，又称测温探头。温度分辨率至少0.001K。6.6.点火装置点火装置 点火电源：一般采用（2436）V的直流或交流电源。点火方式：熔断式、非熔断式。【注】熔断式安装比较方便，但容易短路，烧坏坩埚和坩埚支架；非熔断式安装时麻烦一点，但安全，绝不会烧坏坩埚和坩埚支架。量热仪搅拌器、温度计、点火装置、氧弹识别器实物量热仪搅拌器、温度计、点火装置、氧弹识别器实物温度计温度计氧弹识别器氧弹识别器点火装置点火装置点火装置点火装置点火装置点火装置搅拌杆搅拌杆及搅拌及搅拌叶片叶片7.7.附属部件附属部件（1 1）压饼机）压饼机 将试样（苯甲酸或煤样）压制成饼状的装置。（2 2）充氧仪）充氧仪 充氧仪是将钢瓶中的氧气充入氧弹中的装置，分为手动式、半自动式和全自动式几种型式。（3 3）放气阀）放气阀 放气阀是试验完成后将氧弹中的废气放出的装置，分为手动式和自动式两种型式。（4 4）压力表）压力表 a.a.组成部分：组成部分：由两个表头组成，一个指示氧气瓶中的压力，一个指示充氧时充入氧弹内的压力。表头上应装有减压阀和保险阀。b.b.检定：检定：压力表每2年应经计量部门检定一次，以保证指示正确和操作安全。c.c.禁油禁油 ：压力表和各连接部分禁止与油脂接触或使用润滑油。油脂在氧气中容易氧化而产生热量，使油脂温度升高，在高压氧的条件下，油脂的上述过程比在常压下进行快得多，所以油脂很容易点着，引发火灾。（5 5）燃烧皿）燃烧皿 燃烧皿也称坩埚，是用来盛试样的。建议：测灰分高的试样和测挥发份高的试样最好不用同一种坩埚，前者坩埚应浅一些，后者坩埚应深一些。（6 6）点火丝）点火丝 直径0.1mm左右的铂、铜、镍丝或其他已知热值的金属丝或棉线，使用棉线则应选用粗细均匀，不涂蜡的白棉线。铁丝 6700J/g 铜丝 2500J/g 棉线 17500J/g 镍铬丝 6000J/g（7 7）其他）其他、分析天平：感量0.1mg；、工业天平：载量（45）kg，感量0.5g；、氧气钢瓶：纯度99.5%，不得用电解氧；、量杯：10mL、100mL、500mL等；、蒸馏水：50kg以上。三、量热仪的结果分析三、量热仪的结果分析 1 1精密度的评价方法精密度的评价方法 5次苯甲酸重复测定结果的相对标准差（RSD）不大于0.20%。另外，JJG672-2001氧弹热量计检定规程对热容量重复性有如下要求（单位：J/K）热容量15009000-1100014000-15000极差94060 若符合上述要求，则认为该量热仪精密度合格。如果超差，再标1次热容量，从中选出符合要求的5次结果的平均值作为该量热仪的热容量。若任何5次结果都超差，则应该对试验条件和操作技术仔细检查并纠正存在的问题后，重新进行标定，舍弃已有的全部结果。2 2准确度的评价方法准确度的评价方法（1 1）用标煤评价：）用标煤评价：用两种以上标准煤样各做2次，每种标准煤样的极差不大于120J/g,而且平均值与标准值之差在不确定度范围内，则认为准确度合格，否则不合格。（2 2）用苯甲酸评价：）用苯甲酸评价：用0.7g和1.3g的苯甲酸各做两次发热量测定，每种质量的发热量的平均值与苯甲酸的标准值之差不大于50J/g,则认为准确度合格，否则不合格。四、发热量测定中的注意事项四、发热量测定中的注意事项1 量热仪要求用蒸馏水，不要用自来水；探针式定水量的量热仪不要用去离子水。2 当水路中有脏物时，应立即更换。一般情况三个月换一次。3 对同一台量热量仪标热容量和测发热量时内筒水量应一致。4 试验用的氧气不得用电解氧，因其中含有氢气，用冷却氧。5 室温以15-30为宜，试验过程中不要开启门窗。6 不论使用空调、电炉或暖气取暖的实验室不得时开时停，造成环境温度的不稳定。7 每次往氧弹内加水应一致，不论标热容量，还是测发热量。8 加入氧弹内的水一般是10g（ml）。9 仪器要求预热半个小时后才开始试验。10 第一个样最好作废样处理，因为整个系统还没有平衡。氧弹内部结构图氧弹内部结构图氧弹氧弹置入置入内桶内桶试样全燃试样全燃放热放热內桶水吸热內桶水吸热点火点火计算计算Q Q温变温变