《煤的发热量测定方法》课件

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。
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1.氧弹
（1）氧弹材料的主要性能 （2）氧弹容积
氧弹的容积一般在(250～350)mL左右。
（3）水压试验及使用期限
我国氧弹水压试验是20MPa，使用期限是2年。
（4）充氧压力和时间 充氧的压力要求达到(2.8~3.0)MPa，达到压力后的 持续充氧时间不得少于15S。 对于难燃烧的试样可以 提高到3.2MPa，但不允许再高了。
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= Q×m×0.0015 △——主期温升（K或℃） C——温升冷却校正值（K或℃）
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（3）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
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（3）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－
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．准确度的评价方法
（1）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
（2）点火方式
a.熔断式
b.非熔断式
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。
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7.附属部件
（1）压饼机 将试样（苯甲酸或煤样）压制成饼状的装置。
（2）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。
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。
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c.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。
b.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。
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注意：
①恒容高位发热量即由弹筒发热量减去硝酸生成
热和硫酸校正热后得到的发热量。
②恒容低位发热量是高位发热量减去水（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
c.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。 www.chs5e.com
（5）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
热量。
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（4）燃烧条件与燃烧产物种类及其相态关系
燃烧条 件 氧弹内 空气中 工业锅 炉中 燃烧产物种类及其相态 C CO2(g) CO2(g) CO2(g) H H2O(I) H2O(I) H2O(g) S N 热力学 状态
H2SO4( HNO3(I) 恒容状 I) 态 SO2(g) SO2(g) N2(g) N2(g) 恒压状 态 恒压状 态
（3）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。
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（4）压力表
a.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.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。
上式中当St，ad＜4.00%或Qb,v,ad ＞14.60MJ/㎏时，可用St，ad 代替Sb，ad
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当Qb，ad≤16700焦/克时，=0.0010
16700焦/克＜Qb，ad≤25100焦/克时，=0.0012
25100焦/克＜Qb，ad时，=0.0016 c.在工业鍋炉中燃烧产生的发热量就是恒压低位发热
应重新标定。但有下列情况时应立即重标：
a.更换温度计；
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.标定热容量和测发热量时的内筒水温相差超过5K； d.量热仪经过较大的搬动。
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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。
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2.热容量的标定 （1）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。
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（2）计算公式
Q m q1 qn Q m q1 qn E (tn to ) C C
煤的发热量测定方法
GB/T213-2008
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主要内容
概念的定义和单位
一、量热仪原理
热容量的标定 发热量的测定
二、量热仪结构：氧弹、内筒、外筒、搅拌器、
温度计、点火装置、附属部件 精密度的评价方法
三、量热仪的结果分析
准确度的评价方法 www.chs5e.com
一、量热仪原理
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b.内筒水量对实验结果的影响
水量过多，搅拌引起水溅到恒温筒盖上，导致内
筒水量减少会影响测试结果。
水量过少，搅拌时会形成一个漩涡，使氧弹盖的
一部分露出水面，氧弹中热量有一部分跑到空气中而 不能全部被水吸收，影响测试结果。 （3）内筒进水方式 a.称量法 c.量杯法 b.平衡法 d.水位定量法
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.搅拌器
（1）搅拌的方式
螺旋桨式和电磁式，但都需要电机带动。
（2）转速
转速在（400～600）r/min为宜，根据经验转速
500r/min比较理想，应保持恒定，不能时快时慢。
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之差在不确定度范围内，则认为准确度合格，否则不
合格。
（2）用苯甲酸评价：用0.7g和1.3g的苯甲酸各做两次
1．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 极差 <1500 9 9000~11000 14000~15000 40 60
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若符合上述要求，则认为该量热仪精密度合格。如
g—气态
I—液态
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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
Qb , v , ad E ( C ) q1 q2 m
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 +αQb，v，ad )
（3）搅拌效率
点火到终点的时间不超过10min，如果超过10min，
说明搅拌效率不够 。
（4）搅拌热
当内、外筒水温与室温一致时，连续搅拌10min
所产生的热量不应超过120J。
5.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。
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6.点火装置
（1）点火电源 一般采用（24～36）V的直流或交流电源。
同一种坩埚，前者坩埚应浅一些，后者坩埚应深一些。
（6）其他 ①、分析天平：感量0.1mg； ②、工业天平：载量（4～5）kg，感量0.5g； ③、氧气钢瓶：纯度99.5%，不得用电解氧； ④、量杯：10mL、100mL、500mL等； ⑤、蒸馏水：50kg以上。
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三、量热仪的结果分析
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（3）弹筒发热量、高位发热量和低位发热量
a.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ห้องสมุดไป่ตู้为Qb.ad。
b.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、
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3.发热量的测定
（1）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。 其操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。
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3. 外筒
（1）外筒材料、形状 a.外筒材料：金属制成的双壁容器
b.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（10～12）
mm的间距，尽量减少内外筒之间的热交换。
（2）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。
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273.15℃。
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（4）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）量热仪的有效热容量
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。
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（2）计算公式
Qb，ad
E ( C ) q1 q2 m
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（℃）
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2.内筒
（1）内筒材料、形状、容量。 a.内桶材料：紫铜、黄铜、不锈钢
b.形状：断面可为椭圆、菱形或其他
c.容量：可装(2000~3000）mL水
（2）内筒水量
a.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。
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
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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。
a.恒温式外筒：
①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。
②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.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。
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1.定义和单位
（1）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 N×m
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（2）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。