GB213-2008標準講義

1、煤的發(fā)熱量測定方法標準版本號：GB/T 21320082008-07-29發(fā)布 2009-05-01實施【教學內(nèi)容】1. 新舊標準之間的變化差異 2. 煤的發(fā)熱量測定原理、操作步驟和數(shù)據(jù)處理 3. 熱容量和儀器常數(shù)的標定 4. 各種不同基的煤的發(fā)熱量換算【教學目的】1. 了解新舊標準之間的變化差異 2. 掌握煤的發(fā)熱量測定方法、操作步驟和數(shù)據(jù)處理 3. 掌握熱容量和儀器常數(shù)的標定 4. 熟悉各種不同基的煤的發(fā)熱量換算【教學重點】1. 煤的發(fā)熱量測定原理、操作步驟和數(shù)據(jù)處理 2. 熱容量和儀器常數(shù)的標定【教學難點】煤的發(fā)熱量測定原理、操作步驟和數(shù)據(jù)處理【教學時數(shù)】2課時§1. 新舊標準

2、變化差異比較 本標準取代了GB/T 213-2003煤的發(fā)熱量測定方法，增加了GB/T18856.62002水煤漿質(zhì)量試驗方法 第6部分：水煤漿發(fā)熱量測定方法的內(nèi)容。與GB/T 213-2003相比，主要變化如下：a. 增加了引言；b. 增加了水煤漿的發(fā)熱量的測定；c. 增加了稱取水煤漿試樣的內(nèi)容；d. 增加了無法觀測主期內(nèi)筒溫度下降時的終點判斷方法；e. 增加了稱取水煤漿試樣時恒容和恒壓低位發(fā)熱量計算公式f. 增加了對恒容和恒壓低位發(fā)熱量計算公式中常數(shù)項的解釋g. 增加了兩個附錄（附錄A和B）h. 進行了適當?shù)奈淖中薷?#167;2.術(shù)語和定義 熱量單位： 熱量的單位為焦耳(J)。發(fā)熱量測定

3、結(jié)果以兆焦每千克(MJ/kg)或焦耳每克(J/g)表示。 彈筒發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為彈筒發(fā)熱量。 恒容高位發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量。恒容高位發(fā)熱量即由彈筒發(fā)熱量減去硝酸生成熱和硫酸校正熱后得到的發(fā)熱量。 恒容低位發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在恒容條件下，在過量氧氣中燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫，氣態(tài)水（假定壓力為0.1MPa）以及固態(tài)灰時放出的熱量。恒容低位發(fā)熱量即由

4、恒容高位發(fā)熱量減去水(煤中原有的水和煤中氫燃燒生成的水)的氣化熱后得到的發(fā)熱量 恒壓低位發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在恒壓條件下.在過量氧氣中燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態(tài)水（假定壓力為0.1MPa）以及固態(tài)灰時放出的熱量。 熱量計的有效熱容量：量熱系統(tǒng)產(chǎn)生單位溫升所需的熱量（簡稱熱容量)。通常以焦耳每開爾文(J/K) 表示。§3.測定原理.高位發(fā)熱量煤的發(fā)熱量在氧彈熱量計中進行測定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計中，在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，熱量計的熱容量通過在相近條件下燃燒一定量的基準量熱物苯甲酸來確定，根據(jù)試樣燃燒前后量熱系統(tǒng)產(chǎn)生的溫升，并對點火熱等附加熱

5、進行校正后即可求得試樣的彈筒發(fā)熱量。從彈筒發(fā)熱量中扣除硝酸生成熱和硫酸校正熱(氧彈反應(yīng)中形成的硫酸與二氧化硫形成熱之差)即得高位發(fā)熱量。.低位發(fā)熱量煤的恒容低位發(fā)熱量和恒壓低位發(fā)熱量可以通過分析試樣的高位發(fā)熱量計算。計算恒容低位發(fā)熱量需要知道煤樣中水分和氫的含量。計算恒壓低位發(fā)熱量需知道煤樣中氧和氮的含量。§4.實驗室條件和試劑、材料. 實驗室條件 實驗室為單獨房間，不應(yīng)在同一房間進行其他項目的測定； 室溫保持穩(wěn)定，每次測定室溫變化不超過1，室溫在(15-30)為宜； 室內(nèi)無強烈的空氣對流，試驗過程中避免開啟門窗； 實驗室最好朝向北，避免熱量計受到陽光的直射。. 試劑和材料氧氣：至少

6、99.5%純度，不含可燃成分，不允許使用電解氧；氫氧化鈉標準溶液：C(NaOH)0.1mol/L。稱取優(yōu)級純氫氧化鈉4g ,溶解于1000mL經(jīng)煮沸冷卻后的水中，混合均勻，裝入塑料瓶或塑料簡內(nèi)，擰緊蓋子。然后用優(yōu)級純苯二甲酸氫鉀(GB/T 1257)進行標定。甲基紅指示劑：2g/L。稱取0.2g甲基紅，溶解在100mL水中。苯甲酸：基準量熱物質(zhì)，二等或二等以上，經(jīng)權(quán)威計量機關(guān)檢定或授權(quán)檢定并標明標準熱值。 點火絲：直徑0.1mm左右的鉑、銅、鎳絲或其他已知熱值的金屬絲或棉線，如使用棉線，則應(yīng)選用粗細均勻，不涂蠟的白棉線。 點火導(dǎo)線：直徑0.3mm左右的鎳鉻絲。 酸洗石棉絨：使用前在800下灼燒

7、30min。 擦鏡紙：使用前先測出燃燒熱:抽?。?-4）張紙，團緊，稱準質(zhì)量.放人燃燒皿中，然后按常規(guī)方法測定發(fā)熱量。取3次結(jié)果的平均值作為擦鏡紙熱值。§5.儀器設(shè)備.熱量計 組成： 熱量計由燃燒氧彈、內(nèi)筒、外筒、攪拌器、水、溫度傳感器、試樣點火裝置、溫度測量和控制系統(tǒng)構(gòu)成。 分類： 恒溫式熱量計無水熱量計自動氧彈熱量計外筒的控溫方式不同 熱量計 絕熱式熱量計 精密度和準確度要求： 精密度：5次苯甲酸測試結(jié)果的相對標準偏差不大于0.20%。 準確度：標準煤樣測試結(jié)果與標準值之差都在不確定度范圍內(nèi)，或者用苯甲酸作為樣品進行5次發(fā)熱量測定，其平均值與標準熱值之差不超過50 J/g。.氧彈

8、 材料：由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻鉬合金鋼制成 性能要求：a.不受燃燒過程中出現(xiàn)的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應(yīng)；b.能承受充氧壓力和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時高壓；c.試驗過程中能保持完全氣密。 組成：容積為(250-350)mL； 彈頭上應(yīng)裝有供充氧和排氣的閥門以及點火電源的接線電極。 注意事項：a.新氧彈和新?lián)Q部件(彈筒、彈頭、連接環(huán))的氧彈應(yīng)經(jīng)20.0 M Pa的水壓試驗，證明無問題后方能使用。 b.經(jīng)常注意觀察與氧彈強度有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如彈筒和連接環(huán)的螺紋、進氣閥、出氣閥和電極與彈頭的連接處等，如發(fā)現(xiàn)顯著磨損或松動，應(yīng)進行修理，并經(jīng)水壓試驗合格后再用。 c.氧彈還應(yīng)定期進行水壓試驗，每次水

9、壓試驗后，氧彈的使用時間一般不應(yīng)超過2年。 d.當使用多個設(shè)計制作相同的氧彈時，每一個氧彈都必須作為一個完整的單元使用。氧彈部件的交換使用可能導(dǎo)致發(fā)生嚴重的事故。. 內(nèi)筒 材料：用紫銅、黃銅或不銹鋼制成 形狀和容積：斷面可為橢圓形、菱形或其他適當形狀。筒內(nèi)裝水2000mL-3000mL，以能浸沒氧彈(進、出氣閥和電極除外)為準。內(nèi)筒外面應(yīng)高度拋光，以減少與外筒間的輻射作用。.外筒 材質(zhì)、形狀及基本結(jié)構(gòu)：金屬制成的雙壁容器，有上蓋。外壁為圓形，內(nèi)壁形狀則依內(nèi)筒的形狀而定；外筒應(yīng)完全包圍內(nèi)筒，內(nèi)外筒間應(yīng)有10mm-12mm的間距，外筒底部有絕緣支架，以便放置內(nèi)筒。 自動控溫的外筒：在整個試驗過程中

10、，外筒水溫變化應(yīng)控制在±0 .1 K之內(nèi)或更低 a.恒溫式外筒非自動控溫式外筒：即靜態(tài)式外筒，盛滿水后其熱容量應(yīng)不小于熱量計熱容量的三倍，以便保持試驗過程中外筒溫度基本恒定 冷卻常數(shù)0.0020min-1，從試樣點火到末期結(jié)束時的外筒溫度變化小于0.16Kb. 恒溫式外筒的熱容量 冷卻常數(shù)0.0030min-1，從試樣點火到末期結(jié)束時的外筒溫度變化小于0.11K 絕熱式外筒：外筒中水量應(yīng)較少，最好裝浸沒式加熱裝置，當樣品點燃后能迅速提供足夠的熱量以維持外筒水溫與內(nèi)筒水溫相差在0.1K之內(nèi)。外筒中裝有加熱裝置，通過自動控溫裝置，外筒水溫能緊密跟蹤 內(nèi)簡的溫度。外筒的水還應(yīng)在特制的雙層蓋

11、中循環(huán)。. 攪拌器 形狀：螺旋槳式或其他形狀 轉(zhuǎn)速：(400-600)r/min為宜,應(yīng)保持恒定 熱效應(yīng)：應(yīng)用隔熱措施.以盡量減少量熱系統(tǒng)與外界的熱交換。攪拌器的攪拌效率應(yīng)能使熱容量標定中由點火到終點的時間不超過10 min.同時又要避免產(chǎn)生過多的攪拌熱(當內(nèi)、外筒溫度和室溫一致時，連續(xù)攪拌10 min所產(chǎn)生的熱量不應(yīng)超過120 J) .量熱溫度計 規(guī)格要求：用于內(nèi)簡溫度測定的量熱溫度計至少應(yīng)有0.001K的分辨率，以便能以0.002K或更好的分辨率測定2K到3K的溫升；它代表的絕對溫度應(yīng)能達到近0.1K。量熱溫度計在它測量的每個溫度變化范圍內(nèi)應(yīng)是線性的或線性化的。 玻璃水銀溫度計：常用的玻璃

12、水銀溫度計有兩種:一種是固定測溫范圍的精密溫度計；一種是可變測溫范圍的貝克曼溫度計。兩者的最小分度位應(yīng)為0.01K. 數(shù)字顯示溫度計：數(shù)字顯示溫度計可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃水銀溫度計，它們應(yīng)能提供符合要求的分辨率，這些溫度計的短期重復(fù)性應(yīng)該為0.001K 或更好，6個月內(nèi)的長期漂移不應(yīng)超過0.05K。.附屬設(shè)備 燃燒皿：鉑制品最理想，一般可用鎳鉻鋼制品。規(guī)格可采用高17 mm-18mm、底部直徑19mm-20mm,上部直徑25mm-26 mm，厚0.5mm。其他合金鋼或石英制的燃燒皿也可使用，但以能保證試樣燃燒完全而本身又不受腐蝕和產(chǎn)生熱效應(yīng)為原則。 壓力表和氧氣導(dǎo)管：壓力表由兩個表頭組成:一個指示氧

13、氣瓶中的壓力，一個指示充氧時氧彈內(nèi)的壓力。表頭上應(yīng)裝有減壓閥和保險閥。 點火裝置：點火采用12V -24V的電源?？捎?20V交流電源經(jīng)變壓器供給，線路中應(yīng)串接一個調(diào)節(jié)電壓的變阻器和一個指示點火情況的指示燈或電流計。 壓餅機：螺旋式 、杠桿式或其它形式壓餅機。能壓制直徑10mm的煤餅或苯甲酸餅。模具和壓桿應(yīng)用硬質(zhì)鋼制成，表面光潔，易于擦拭。 秒表或其他能指示10s的計時器 天平：分析天平和工業(yè)天平§6.測定步驟.恒溫式熱量計法 按使用說明書安裝調(diào)節(jié)熱量計。 稱樣：在燃燒皿中稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣或水煤漿干燥試樣（0.9-1.1）g， 稱準到0.0002g。a. 燃燒時易

14、于飛濺的試樣，可用已知質(zhì)量的擦鏡紙包緊再進行側(cè)試，或先在壓餅機中壓餅并切成粒度約為（2-4）mm的小塊使用。b.不易燃燒完全的試樣，可用石棉絨做襯墊（先在燃燒皿底鋪上一個石棉絨，然后以手壓實)。石英燃燒皿不需任何襯墊。如加襯墊仍燃燒不完全，可提高充氧壓力至3.2 MPa，或用已知質(zhì)量和熱值的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊，然后放入燃燒皿中。 裝氧彈及注意事項：取一段點火絲，把兩端分別接在兩個電極柱上，彎曲點火絲接近試樣。注意事項：a.裝氧彈的過程中要輕拿輕放。b.與試樣保持良好接觸或保持微小的距離(對易飛濺和易燃的煤)；c.勿使點火絲接觸燃燒皿和電極柱，以免形成短路而導(dǎo)致點火失敗，甚至燒毀燃燒

15、皿；充氧及安全隱患：往氧彈中加入10mL蒸餾水，小心擰緊氧彈蓋，往氧彈中緩緩充入氧氣，直至壓力到2.8 -3.0 M Pa；如果不小心充氧壓力超過3.3 MPa ，停止試驗，放掉氧氣后，重新充氧至3.2MPa以下。當鋼瓶中氧氣壓力降到5.0 M Pa以下時，充氧時間應(yīng)酌量延長，壓力降到4.0 M Pa以下時，應(yīng)更換新的鋼瓶氧氣。 內(nèi)筒：往內(nèi)筒中加人足夠的蒸餾水，使氧彈蓋的頂面(不包括突出的進、出氣閥和電極)淹沒在水面下10 mm-20 mm。每次試驗時用水量應(yīng)保持相同，相差不超過0.5g測量：把氧彈放人裝好水的內(nèi)筒中，如氧彈中無氣泡漏出.則表明氣密性良好，即可把內(nèi)筒放在外筒的絕緣架上；如有氣泡出現(xiàn)，則表明漏氣，應(yīng)找出原因，加以糾正，重新充氧。然后接上點火電極插頭，裝上攪拌器和量熱溫度計.并蓋上外筒的蓋子。 結(jié)果記錄：取出內(nèi)筒和氧彈，開啟放氣閥，放出燃燒廢氣，打開氧彈，仔細觀察彈筒和燃燒皿內(nèi)部,如果有試樣燃燒不完全的跡象或有炭黑存在，試驗應(yīng)作廢。.絕熱式熱量計法（略）.自動式熱量計（略）§7.熱容量和儀器常數(shù)標定.所用物質(zhì)及預(yù)處理：a.苯甲酸（二等或二等以上，經(jīng)權(quán)威計量機關(guān)檢定或授權(quán)檢定并標明標準熱值）；b.預(yù)先研細并在盛有濃硫酸的干燥器中干燥3天或在(60-70)烘箱