《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》課件

GB/T213-2008煤的發(fā)熱量測(cè)定方法主要內(nèi)容三、量熱儀的結(jié)果分析概念的定義和單位熱容量的標(biāo)定發(fā)熱量的測(cè)定一、量熱儀原理二、量熱儀結(jié)構(gòu)：精密度的評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)方法氧彈、內(nèi)筒、外筒、攪拌器、溫度計(jì)、點(diǎn)火裝置、附屬部件一、量熱儀原理1.定義和單位（1）熱量

熱量指的是由于溫差的存在而導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中所轉(zhuǎn)移的能量。熱量的單位為焦耳，焦耳的符號(hào)為J。焦耳（J）是指1牛頓（N）的力使其作用點(diǎn)在力的方向上移動(dòng)1米（m）所做的功。1J=1N×m

（2）發(fā)熱量

單位質(zhì)量的物質(zhì)完全燃燒時(shí)所放出的熱量，稱為該物質(zhì)的發(fā)熱量（或稱熱值）。發(fā)熱量是以焦/克（J/g）或兆焦/千克（MJ/kg）為單位。1MJ/kg=1000J/g。注意：熱量和發(fā)熱量（或稱熱值）是兩個(gè)不同的概念。

（3）溫度單位開(kāi)爾文是熱力學(xué)溫標(biāo)的溫度單位，是統(tǒng)一的法定計(jì)量單位。符號(hào)為K。攝氏溫度不是法定計(jì)量單位，不過(guò)目前還允許使用。符號(hào)為℃。

T(開(kāi)爾文)=273.15+t(攝氏度)即攝氏溫度的0℃，對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫標(biāo)的溫度為273.15K。而熱力學(xué)溫標(biāo)的0K，對(duì)應(yīng)攝氏溫度的－273.15℃。（4）量熱體系量熱體系是指熱容量標(biāo)定和發(fā)熱量測(cè)試過(guò)程中，試樣放出的熱量所能達(dá)到的各個(gè)部件。它們包括內(nèi)筒中的水、內(nèi)筒、氧彈及攪拌器、感溫探頭浸沒(méi)在水中的部分等。（5）量熱儀的有效熱容量量熱體系產(chǎn)生單位溫升所需要的熱量，稱為量熱儀的有效熱容量，用E表示，單位為J/℃或J/K。2.熱容量的標(biāo)定（1）定義

用一種已知熱值的物質(zhì)來(lái)測(cè)量整個(gè)量熱體系溫度升高1℃所需的熱量，即測(cè)得量熱儀的熱容量。已知熱值的物質(zhì)，現(xiàn)在常用的是一種由權(quán)威機(jī)構(gòu)已經(jīng)定值的叫做苯甲酸的基準(zhǔn)量熱物質(zhì)，二等或二等以上。（2）計(jì)算公式E——熱容量（J/℃或J/K）m——試樣質(zhì)量（g）Q——苯甲酸熱值（J/g）q1——點(diǎn)火絲熱量（J）qn——硝酸生成熱（J）qn=Q×m×0.0015

△——主期溫升（K或℃）C——溫升冷卻校正值（K或℃）（3）熱容量的有效期熱容量標(biāo)定值的有限期為三個(gè)月，超過(guò)此期限時(shí)應(yīng)重新標(biāo)定。但有下列情況時(shí)應(yīng)立即重標(biāo)：a.更換溫度計(jì)；b.更換量熱儀的大部件，如氧彈頭.連接環(huán)（密封圈.電極柱.螺母等小部件不在此列）；c.標(biāo)定熱容量和測(cè)發(fā)熱量時(shí)的內(nèi)筒水溫相差超過(guò)5K；d.量熱儀經(jīng)過(guò)較大的搬動(dòng)。如果量熱儀的量熱系統(tǒng)沒(méi)有顯著改變，重新標(biāo)定的熱容量與前一次的熱容量相差不應(yīng)大于0.25%，否則，應(yīng)找出原因，解決后再重新標(biāo)定。3.發(fā)熱量的測(cè)測(cè)定（1）定義當(dāng)要測(cè)某種種可燃物質(zhì)質(zhì)的熱值時(shí)時(shí)，只需將將一定量的的該物質(zhì)置置于量熱體體系中燃燒燒，測(cè)出量熱體系的的溫升值，即可算出出該物質(zhì)的的熱值。其操作步驟驟與標(biāo)定熱熱容量時(shí)類類似，也要要稱樣、裝裝樣、充氧氧、測(cè)水溫溫等。不同同的是點(diǎn)火火絲熱量和和添加物的的熱量不是是試樣燃燒燒產(chǎn)生的熱熱量，所以以要減去。。（2）計(jì)算公式其中：Qb,ad——彈筒發(fā)熱量量（J/g或MJ/kg）E——熱容量（J/k或J/℃）m——試樣質(zhì)量（（g）△——主期溫升（（℃）q1——點(diǎn)火絲熱量量（J）q2——添加物熱量量（J）C——冷卻校正值值（℃）（3）彈筒發(fā)熱量量、高位發(fā)發(fā)熱量和低低位發(fā)熱量量a.彈筒發(fā)熱量量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的的試樣在充充有過(guò)量氧氧氣的氧彈彈內(nèi)燃燒，，其燃燒后后的物質(zhì)組組成為氧氣、氮?dú)鈿?、二氧化化碳、硝酸酸、硫酸、、液態(tài)水和和固態(tài)的灰灰時(shí)放出的熱熱量。其符符號(hào)為Qb.ad。b.恒容高位發(fā)發(fā)熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的的試樣在充充有過(guò)量氧氧氣的氧彈彈內(nèi)燃燒，，其燃燒后后的物質(zhì)組組成為氧氣、氮?dú)鈿?、二氧化化碳、二氧氧化硫、液液態(tài)水和固固態(tài)的灰時(shí)放出的熱熱量。其符符號(hào)為Qgr,v,ad。c.恒容低位發(fā)發(fā)熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的的試樣在恒恒容條件下下，在過(guò)量量氧氣中燃燃燒，其燃燃燒后的物物質(zhì)組成為為氧氣、氮?dú)鈿?、二氧化化碳、氣態(tài)態(tài)水和固態(tài)態(tài)的灰時(shí)放出的熱熱量。其符符號(hào)為Qnet,v,ar。b.恒壓低位發(fā)發(fā)熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的的試樣在恒恒壓條件下下，在過(guò)量量氧氣中燃燃燒，其燃燃燒后的物物質(zhì)組成為為氧氣、氮?dú)鈿?、二氧化化碳、氣態(tài)態(tài)水和固態(tài)態(tài)的灰時(shí)放出的熱熱量。其符符號(hào)為Qnet,p,ar。注意：①恒容高位位發(fā)熱量即即由彈筒發(fā)發(fā)熱量減去去硝酸生成成熱和硫酸酸校正熱后后得到的發(fā)發(fā)熱量。②恒容低位位發(fā)熱量是是高位發(fā)熱熱量減去水水（煤中原原有的水和和煤中氫燃燃燒生成的的水）的氣氣化熱后得得到的發(fā)熱熱量。（4）燃燒條件與與燃燒產(chǎn)物物種類及其其相態(tài)關(guān)系系g—?dú)鈶B(tài)I—液態(tài)燃燒條件燃燒產(chǎn)物種類及其相態(tài)熱力學(xué)狀態(tài)CHSN氧彈內(nèi)CO2(g)H2O(I)H2SO4(I)HNO3(I)恒容狀態(tài)空氣中CO2(g)H2O(I)SO2(g)N2(g)恒壓狀態(tài)工業(yè)鍋爐中CO2(g)H2O(g)SO2(g)N2(g)恒壓狀態(tài)a.在氧彈中燃燃燒產(chǎn)生的的發(fā)熱量就就是彈筒發(fā)發(fā)熱量（恒恒容狀態(tài)）），可由以以下公式計(jì)計(jì)算b.在空氣中燃燃燒產(chǎn)生的的發(fā)熱量就就是恒壓高高位發(fā)熱量量Qgr，p，ad,可由以下公公式計(jì)算：：Qgr，v，ad=Qb，v，ad–(94.1Sb，ad+αQb，v，ad)上式中當(dāng)St，ad＜4.00%或Qb,v,ad＞14.60MJ/㎏㎏時(shí)，可用St，ad代替Sb，ad當(dāng)Qb，ad≤16700焦/克時(shí)，=0.001016700焦/克＜Qb，ad≤25100焦/克時(shí)，=0.001225100焦/克＜Qb，ad時(shí)，=0.0016c.在工業(yè)鍋爐爐中燃燒產(chǎn)產(chǎn)生的發(fā)熱熱量就是恒恒壓低位發(fā)發(fā)熱量，可可由以下公公式計(jì)算：：Qnet，p，ar=[Qgr，v，ad-212Had-0.8(Qad+Nad)]×-24.4Mar而恒容低位位發(fā)熱量的的計(jì)算公式式為：Qnet，v，ar=(Qgr，v，ad-206Had)×-23Mar二、量熱儀儀結(jié)構(gòu)一臺(tái)完整的的量熱儀應(yīng)應(yīng)包括如下下部件：氧氧彈、內(nèi)筒筒、外筒、、攪拌器、、溫度傳感感器、點(diǎn)火火裝置、溫溫度測(cè)量部部件、水量量定量裝置置、控制系系統(tǒng)及軟件件。另外外附附屬屬部部件件還還有有：：充充氧氧儀儀、、放放氣氣閥閥、、壓壓餅餅機(jī)機(jī)、、天天平平、、氧氧氣氣鋼鋼瓶瓶等等。。通常常量量熱熱儀儀有有兩兩種種，，恒溫溫式式和和絕絕熱熱式式。目前前國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)大大量量使使用用的的是是恒恒溫溫式式量量熱熱儀儀，，所所以以接接下下來(lái)來(lái)我我們們主主要要介介紹紹恒恒溫溫式式量量熱熱儀儀。。1.氧彈彈（1）氧氧彈彈材材料料的的主主要要性性能能（2）氧氧彈彈容容積積氧彈彈的的容容積積一一般般在在(250～350)mL左右右。。（3）水水壓壓試試驗(yàn)驗(yàn)及及使使用用期期限限我國(guó)國(guó)氧氧彈彈水水壓壓試試驗(yàn)驗(yàn)是是20MPa，使使用用期期限限是是2年。。（4）充充氧氧壓壓力力和和時(shí)時(shí)間間充氧氧的的壓壓力力要要求求達(dá)達(dá)到到(2.8~3.0)MPa，達(dá)達(dá)到到壓壓力力后后的的持持續(xù)續(xù)充充氧氧時(shí)時(shí)間間不不得得少少于于15S。對(duì)對(duì)于于難難燃燃燒燒的的試試樣樣可可以以提提高高到到3.2MPa，但但不不允允許許再再高高了了。。2.內(nèi)筒筒（1）內(nèi)內(nèi)筒筒材材料料、、形形狀狀、、容容量量。。a.內(nèi)桶桶材材料料：：紫紫銅銅、、黃黃銅銅、、不不銹銹鋼鋼b.形狀狀：：斷斷面面可可為為橢橢圓圓、、菱菱形形或或其其他他c.容量量：：可可裝裝(2000~3000）mL水（2）內(nèi)內(nèi)筒筒水水量量a.內(nèi)筒筒水水量量要要求求：：放放入入氧氧彈彈后后往往內(nèi)內(nèi)筒筒加加水水，，使使氧氧彈彈蓋蓋的的頂頂面面淹淹沒(méi)沒(méi)在在水水面面下下（10~20）mm。內(nèi)內(nèi)筒筒水水量量應(yīng)應(yīng)在在所所有有試試驗(yàn)驗(yàn)中中保保持持相相同同，，相相差差不不超超過(guò)過(guò)0.5g。b.內(nèi)筒筒水水量量對(duì)對(duì)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)結(jié)果果的的影影響響水量量過(guò)過(guò)多多，，攪攪拌拌引引起起水水濺濺到到恒恒溫溫筒筒蓋蓋上上，，導(dǎo)導(dǎo)致致內(nèi)內(nèi)筒筒水水量量減減少少會(huì)會(huì)影影響響測(cè)測(cè)試試結(jié)結(jié)果果。。水量量過(guò)過(guò)少少，，攪攪拌拌時(shí)時(shí)會(huì)會(huì)形形成成一一個(gè)個(gè)漩漩渦渦，，使使氧氧彈彈蓋蓋的的一一部部分分露露出出水水面面，，氧氧彈彈中中熱熱量量有有一一部部分分跑跑到到空空氣氣中中而而不不能能全全部部被被水水吸吸收收，，影影響響測(cè)測(cè)試試結(jié)結(jié)果果。。（3）內(nèi)內(nèi)筒筒進(jìn)進(jìn)水水方方式式a.稱量量法法b.平衡衡法法c.量杯杯法法d.水位位定定量量法法3.外筒（1）外筒材材料、形形狀a.外筒材料料：金屬屬制成的的雙壁容容器b.形狀：外外壁為圓圓形，內(nèi)內(nèi)壁形狀狀則依內(nèi)內(nèi)筒的形形狀而定定外筒應(yīng)完完全包圍圍內(nèi)筒，，內(nèi)外筒筒間應(yīng)有有（10～12）mm的間距，盡量減減少內(nèi)外外筒之間間的熱交交換。（2）控溫方方式根據(jù)外筒筒控溫方方式的不不同分為為恒溫式式外筒和和絕熱式式外筒。。a.恒溫式外外筒：①自動(dòng)控控溫外筒筒：外筒筒在整個(gè)個(gè)試驗(yàn)過(guò)過(guò)程中，，外筒水水溫變化化應(yīng)控制制在±0.1K之內(nèi)。②靜態(tài)式式外筒：：盛滿水水后其熱熱容量應(yīng)應(yīng)不小于于熱量計(jì)計(jì)熱容量量的5倍，以便保保持試驗(yàn)驗(yàn)過(guò)程中中外筒溫溫度基本本恒定。。b.絕熱式外外筒絕熱式量量熱儀外外筒中裝裝有自動(dòng)動(dòng)控溫裝裝置，通通過(guò)自動(dòng)動(dòng)控溫裝裝置，外外筒水溫溫能緊密密跟蹤內(nèi)內(nèi)筒的溫溫度。外筒水量量應(yīng)盡量量少，且且外筒的的水還應(yīng)應(yīng)在恒溫溫筒的雙雙層蓋中中循環(huán)。。要求一一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)過(guò)程中中，內(nèi)外外筒間熱熱交換應(yīng)應(yīng)不超過(guò)過(guò)20J。4.攪拌器（1）攪拌的的方式螺旋槳式式和電磁磁式，但但都需要要電機(jī)帶帶動(dòng)。（2）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速在（400～600）r/min為宜，根根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)轉(zhuǎn)速500r/min比較理想想，應(yīng)保保持恒定定，不能能時(shí)快時(shí)時(shí)慢。（3）攪拌效效率點(diǎn)火到終終點(diǎn)的時(shí)時(shí)間不超超過(guò)10min，如果超超過(guò)10min，說(shuō)明攪攪拌效率率不夠。。（4）攪拌熱熱當(dāng)內(nèi)、外外筒水溫溫與室溫溫一致時(shí)時(shí)，連續(xù)續(xù)攪拌10min所產(chǎn)生的的熱量不不應(yīng)超過(guò)過(guò)120J。5.溫度計(jì)目前我公公司量熱熱儀使用用的溫度度計(jì)采用用的是鉑鉑電阻讀讀溫，又又稱測(cè)溫溫探頭。。6.點(diǎn)火裝置置（1）點(diǎn)火電電源一般采用用（24～36）V的直流或或交流電電源。（2）點(diǎn)火方方式a.熔斷式b.非熔斷式式熔斷式安安裝比較較方便，，但容易易短路，，燒壞坩坩堝和坩坩堝支架架；非熔熔斷式安安裝時(shí)麻麻煩一點(diǎn)點(diǎn)，但安安全，絕絕不會(huì)燒燒壞坩堝堝和坩堝堝支架。。7.附屬部件件（1）壓餅機(jī)機(jī)將試樣（（苯甲酸酸或煤樣樣）壓制制成餅狀狀的裝置置。（2）充氧儀儀充氧儀是是將鋼瓶瓶中的氧氧氣充入入氧彈中中的裝置置，分為為手動(dòng)式式、半自自動(dòng)式和和全自動(dòng)動(dòng)式幾種種型式。。（3）放氣閥閥放氣閥是是試驗(yàn)完完成后將將氧彈中中的廢氣氣放出的的裝置，，分為手手動(dòng)式和和自動(dòng)式式兩種型型式。（4）壓力表表a.組成部分分：由兩個(gè)表表頭組成成，一個(gè)個(gè)指示氧氧氣瓶中中的壓力力，一個(gè)個(gè)指示充充氧時(shí)充充入氧彈彈內(nèi)的壓壓力。表表頭上應(yīng)應(yīng)裝有減減壓閥和和保險(xiǎn)閥閥。b.檢定：壓力表每每2年應(yīng)經(jīng)計(jì)量量部門(mén)檢檢定一次次，以保保證指示示正確和和操作安安全。c.禁油：：壓力表和和各連接接部分禁禁止與油油脂接觸觸或使用用潤(rùn)滑油油。油脂脂在氧氣氣中容易易氧化而而產(chǎn)生熱熱量，使使油脂溫溫度升高高，在高高壓氧的的條件下下，油脂脂的上述述過(guò)程比比在常壓壓下進(jìn)行行快得多多，所以以油脂很很容易點(diǎn)點(diǎn)著，引引發(fā)火災(zāi)災(zāi)。（5）燃燒皿皿燃燒皿也稱稱坩堝，是是用來(lái)盛試試樣的。建議：測(cè)灰灰分高的試試樣和測(cè)揮揮發(fā)份高的的試樣最好好不用同一一種坩堝，，前者坩堝堝應(yīng)淺一些些，后者坩坩堝應(yīng)深一一些。（6）其他①、分析天天平：感量量0.1mg；②、工業(yè)天天平：載量量（4～5）kg，感量0.5g；③、氧氣鋼鋼瓶：純度度99.5%，不得用電電解氧；④、量杯：：10mL、100mL、500mL等；⑤、蒸餾水水：50kg以上。三、量熱儀儀的