煙煤彈筒發(fā)熱量的測定

煤炭發(fā)熱量的測定實驗?zāi)康恼莆彰禾堪l(fā)熱量的測定原理，學(xué)習(xí)利用恒溫式熱量計測定煤炭發(fā)熱量的方法與步驟，熟練掌握各項校正方法。實驗原理稱取一定樣的煤樣放入氧彈。氧彈充人氧氣后浸沒在盛水的內(nèi)筒中，點火使煤樣完全燃燒，根據(jù)氧彈周圍的水溫升高值，計算煤的發(fā)熱量。實際上煤樣燃燒釋放的熱量，不僅使內(nèi)筒水溫升高，還使氧彈本身，內(nèi)筒、插入內(nèi)筒的攪拌器和溫度計等組成的熱量系統(tǒng)吸熱升溫，此外，恒溫式熱量計的內(nèi)外筒之間還存在熱交換。因此，必須經(jīng)過一定量的校正后，方可計算出煤樣在氧彈中燃燒所放出的熱量。儀器設(shè)備和試劑熱量計：恒溫式熱量計包括以下主件和附件。eq\o\ac(○,1)氧彈：由耐熱耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻合金鋼制成。eq\o\ac(○,2)內(nèi)筒：紫銅黃銅或不銹鋼制成。內(nèi)筒盛水2000～3000ml，能浸沒氧彈（進(jìn)出氣閥和點火電極除外）為準(zhǔn)。內(nèi)筒外表面應(yīng)該電鍍拋光，以減少內(nèi)外筒之間的輻射傳熱。eq\o\ac(○,3)外筒：為金屬制成的雙壁容器，裝有蓋。外筒底部設(shè)有絕緣支架，以便放置內(nèi)筒。eq\o\ac(○,4)攪拌器：螺旋槳式，轉(zhuǎn)速以400～600r/min為宜，攪拌率應(yīng)使在熱容量標(biāo)定時，由點火倒終點的時間不超過10min,同時又要避免過多的攪拌熱（當(dāng)內(nèi)、外筒和室溫保持一致時，連續(xù)攪拌10min鐘，所產(chǎn)生的熱量不應(yīng)超過120J）。溫度計：精密溫度計或貝克曼溫度計，分度值均為0.01°C溫度計讀數(shù)放大鏡和照明燈：為了使溫度計讀數(shù)能估計到0.001C，需要一個大約5倍的放大鏡。通常放大鏡裝在鏡筒中，筒的后部裝照明燈，可以照明溫度計的刻度。鏡筒可沿垂直方向向上、下移動，可以觀測溫度計水銀柱的位置。振蕩器：電動振蕩器，用于在讀取溫度前震蕩溫度計，以克服水銀柱和毛細(xì)管間的附著力。如無此裝置，也可用套有較膠皮管的玻璃棒等敲擊溫度計。燃燒皿：鉑制品或鎳鉻鋼制品。規(guī)格為高17mm，上部直徑為25～26mm，底部直徑為19～20mm，厚0.5mm。由其他合金鋼或石英制的燃燒皿也可以使用，但必須保證試樣燃燒完全，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：壓力表應(yīng)由兩個表頭組成，一個指示氧氣瓶中的壓力，另一個指示充氧時氧彈的壓力。表頭上應(yīng)裝設(shè)減壓閥和保險閥。壓力表每年至少經(jīng)計量機關(guān)檢定一次，以確保指示正確和操作安全。點火裝置：點火采用12～24伏的電源。點火電壓應(yīng)預(yù)先實驗確定。其方法是：接好點火線，在空氣中通電實驗。熔斷法點火時，調(diào)節(jié)電壓使點火絲在1-2s內(nèi)達(dá)到暗紅，電壓調(diào)節(jié)好后，實驗時應(yīng)準(zhǔn)確測定電壓、電流和通電時間，以便計算電能產(chǎn)生的熱量；若采用棉線點火，在遮火罩以上的兩電極柱間連接一段直徑為0.3mm的鎳鉻絲，絲的中部預(yù)先繞成螺旋狀，以便發(fā)熱集中，調(diào)節(jié)電壓使發(fā)熱絲在4～5秒內(nèi)達(dá)到暗紅，使用時棉線一端夾在螺旋中，另一端通過遮火罩上的小孔搭接在試樣上。壓餅機：螺旋式壓餅機和杠桿式壓餅機，能壓制直徑10mm的煤餅或餅甲酸餅。模具和壓桿應(yīng)為硬質(zhì)鋼制成，表面光潔，易于擦拭。秒表分析天平：感量0.1mg。工業(yè)天平：最大稱量4～5kg，感量0.5g。氧氣：至少99.5%的純度，不含可燃成分，因此不許使用電解氧，苯甲酸：經(jīng)計量機關(guān)檢定并標(biāo)明熱值的基準(zhǔn)量熱物質(zhì)。使用前應(yīng)在40～50C的溫度下烘烤3～4h.點火絲：直徑0.1mm左右的鐵銅鎳鉻絲或其他已知熱值的金屬絲。若使用棉線，則應(yīng)選用粗細(xì)均勻不涂蠟的白棉線。各種點火絲的燃燒熱如下：鐵絲 6700j/g鎳鉻絲 6000j/g銅絲 2599j/g棉線 17500j/g (15)酸洗石棉絨：使用前在800C下灼燒30min。（16）擦鏡紙：使用前先測定其燃燒熱，方法是將3～4張擦鏡紙，用手團(tuán)緊，精確稱量，放入燃燒皿，按常規(guī)方法測量其發(fā)熱量。取兩次結(jié)果的平均值作為標(biāo)定值。四、實驗步驟（1）在燃燒皿中稱取粒度小于0.2mm的一般分析實驗煤樣0.9～1.1g（準(zhǔn)至0.0002g）。對于燃燒時易飛濺的的試樣，可用已知質(zhì)量和發(fā)熱量的的擦拭紙包緊，或在壓餅機中壓成餅并切成2～4mm的小塊使用。不易燃燒完全的試樣，可以在燃燒皿的底鋪上一個石棉墊圈，或用石棉絨做襯墊。若用石英燃燒皿則不需任何襯墊。如果加襯墊后仍然燃燒不完全，可提高充氧壓力至3.0～3.2mpa，或用已知質(zhì)量的和發(fā)熱量的的擦鏡紙包裹試樣并用手壓緊，放入燃燒皿。（2）取一段已知質(zhì)量的點火絲，將兩端分別接在兩個電極柱上，注意與式樣保持良好接觸或微小距離（對飛濺和易燃煤樣）。切勿使點火絲接觸燃燒皿，以免形成短路致使點火時失敗，甚至燒毀燃燒皿。同時還應(yīng)防止兩極間及燃燒皿與另一電極間的短路。 在非熔斷式點火情況吸下用棉線點火時，把已知質(zhì)量的棉線的一端固定在點火導(dǎo)線上，；另一端搭在式樣上。（3）將10mL蒸餾水注入氧彈，小心擰緊氧彈蓋，接上氧氣導(dǎo)管，開始充氧，直到氧彈壓力達(dá)2.6~2.8MPa。充氧時間不得超過30s。當(dāng)鋼瓶氧壓力降至5.0MPa以下時，充氧時間可酌量延長；降至4.0MPa以下時應(yīng)更換氧氣。（4）向內(nèi)筒加入一定量的蒸餾水（應(yīng)與熱容量標(biāo)定時內(nèi)筒水量相同，相差不大于0.5g），須使氧彈蓋的頂面（不包括突出的氧氣閥和電極）淹沒在水面以下10~20mm。內(nèi)筒中加入的水量最好用稱量法確定。若采用容量法，則需對溫度進(jìn)行補正。注意恰當(dāng)調(diào)節(jié)內(nèi)筒水溫，使終點時內(nèi)筒溫度比外筒高約1K，使至終點時內(nèi)筒溫度出現(xiàn)明顯下降。外筒溫度應(yīng)盡量接近室溫，相差不得超過1.5K。（5）將氧彈放入已加水的內(nèi)筒，若氧彈內(nèi)無氣泡逸出，表明氣密性良好，即可將內(nèi)筒放置在外筒的絕緣架上；如果有氣泡出現(xiàn)，則表明漏氣，應(yīng)查明原因，加以糾正，重新充氧。接上點火電極插頭，裝上攪拌器和溫度計，蓋上外筒蓋。溫度計的水銀球應(yīng)對準(zhǔn)楊彈主體（進(jìn)出氣閥和電極除外）的中部。溫度計不得接觸氧彈和內(nèi)筒。在靠近溫度計的露出水銀柱的部位另懸一支普通溫度計，用以測定露出柱溫度。（6）開動攪拌器，5min后開始計時和讀取內(nèi)筒溫度（t0）并立即點火。同時記下外筒溫度（tj）和露出柱溫度（te）.外筒溫度至少讀到0.05K，內(nèi)筒溫度借助放大鏡讀到0.001K。讀取溫度時，視線、放大鏡中線和水銀柱頂端應(yīng)位于同一水平線上。每次讀數(shù)前，應(yīng)開啟振動器振動3~5s。（7）觀察內(nèi)筒溫度（注意在點火后20s不得將身體任何部位靠近熱量計上方），如在30s內(nèi)溫度急劇上升，表明點火成功。點火后1min40s時讀取一次內(nèi)筒溫度（t1ˊ40＂），讀準(zhǔn)到0.01K。當(dāng)Qb,ad＞25.10kj/g,a=0.0016,當(dāng)16.7kj/g＜Qb,ad≤25.10kj/g,a=0.0012,加助燃劑時，應(yīng)按總釋熱計；94.1——煤樣中每1%硫生成硫酸的熱校正值，j/g。在需要用彈筒洗液硫的情況下，將洗液煮沸1~2min,取下稍冷，以甲基紅作指試劑，用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，求出洗液中總酸量，按下式求Sb,ad。Sb,ad=（c·V/m-aQb,ad/59.8）×1.6式中c——氫氧化鈉標(biāo)液的濃度，mol/L；V——氫氧化鈉標(biāo)液耗量，mL；59.8——1mmol硝酸的生成量，g；1.6——換算為硫的系數(shù)。（3）發(fā)熱流量測定結(jié)果的表達(dá)：彈筒發(fā)熱量和高位發(fā)熱量的結(jié)果計算至1J/g。取高位發(fā)熱量的的兩次重復(fù)測定的平均值，按數(shù)字修約至最接近10J/g的倍數(shù)，以kJ/g的形式報出。六、精密度高位發(fā)熱量同一化驗室重復(fù)性限Qgr,v,ad/J·g-1不同化驗室再現(xiàn)性臨界Qgr,v,ad/J·g-1120300七、儀器常數(shù)和熱容量的標(biāo)定：儀器常數(shù)K和A、熱容量E，通過同一實驗進(jìn)行標(biāo)定。方法如下（1）在不加襯墊的燃燒皿中稱取經(jīng)過干燥并壓成餅的苯甲酸0.9~1.1g（準(zhǔn)至0.0002g）。苯甲酸應(yīng)預(yù)先研細(xì)，在盛有濃硫酸的干燥器中干燥3d或在60~70℃（2）按照發(fā)熱量測定步驟準(zhǔn)備氧彈和內(nèi)、外筒。攪拌5min后準(zhǔn)確讀取一次內(nèi)筒溫度（T0），經(jīng)10min再讀取一次內(nèi)筒溫度（t0），然后按發(fā)熱量測定步驟點火，記下外筒溫度（tj）和露出柱溫度（te），延續(xù)到終點溫度（tn），然后再繼續(xù)攪拌10min并記下內(nèi)筒溫度（Tn），實驗即結(jié)束。注意檢測氧彈，如有炭黑，實驗應(yīng)予作廢。（3）K和A的計算：根據(jù)所測得數(shù)據(jù)，按下面的方程組求解K和A（T0-TN）/10=K[(T0+t0)/2-tj]+A(tn-Tn)/10=K[(Tn+tn)/2-tj]+AK和A應(yīng)取不少于5次測值的平均值。熱容量E的計算E=(Q·m+q1+qn)/H[(tn+hn)-(t0+h0)+C]式中Q——苯甲酸的熱值m——苯甲酸的質(zhì)量qn——硝酸的生成熱，qn=Q·m·0.0015，J；C——冷卻校正值，K；其余符號同前。熱容量的標(biāo)定應(yīng)進(jìn)行5次重復(fù)試驗，計算5次重復(fù)測值的平均值和相對標(biāo)準(zhǔn)差（計算方法見附錄），其相對標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于0.20%‘；若超過，補做一次實驗，取符合要求的5次結(jié)果的平均值，修約至1J/K作為熱容量。如還不能滿足要求，表明儀器有故障，應(yīng)排除故障后，重新標(biāo)定熱容量。熱容量標(biāo)定后的有效期為3個月，過期需復(fù)查。如果中途更換貝克曼溫度計、彈筒蓋等大部件，應(yīng)重新標(biāo)定熱容量。八、注意事項（1）充氧和放氣應(yīng)緩慢進(jìn)行。充氧時間可不應(yīng)少于30s，放氣時間不應(yīng)少于60s。（2）金屬點火絲不得與燃燒皿接