《煤的发热量测定方法》课件

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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.氧弹量热法的基本原理 (1)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。
恒温式量热仪工作原理图
(2)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。
a.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.绝热式外筒 绝热式量热仪外筒中装有自动控温装臵,通过自动控温装 臵,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
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。温度分辨率至少0.001K。
6.点火装臵
●点火电源 : 一般采用(24~36)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。
动式和自动式两种型式。
(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。 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
量热仪搅拌器、温度计、点火装臵、氧弹识别器实物
点火装置 点火装置
氧弹识别器
搅拌杆 及搅拌 点火装置 叶片
温度计
7.附属部件
(1)压饼机
将试样(苯甲酸或煤样)压制成饼状的装臵。 (2)充氧仪 充氧仪是将钢瓶中的氧气充入氧弹中的装臵,分为手动式、 半自动式和全自动式几种型式。 (3)放气阀 放气阀是试验完成后将氧弹中的废气放出的装臵,分为手
(4)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.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。 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。
棉线 17500J/g
镍铬丝 6000J/g
(7)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。
三、量热仪的结果分析
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
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(℃)
(3)弹筒发热量、高位发热量和低位发热量
ad代替Sb,ad
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:
HNO3(I)
N2(g) N2(g)
恒容状态
恒压状态 恒压状态
g—气态
I—液态
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 ) 上式中当St,ad<4.00%或Qb,v,ad >14.60MJ/㎏时,可用St,
(1)内筒材料、形状、容量。 ●内筒材料:紫铜、黄铜、不锈钢 ●内筒形状:断面可为椭圆、菱形或其他
●内筒容量:可装(2000-3000)mL水
图为5E-AC系列量热仪椭圆型内筒
(2)内筒水量 ●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。
绝对零度 0K
(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。
注意:热容量和比热是两个不同的概念,热容量是指量热
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臵 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)计算公式
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.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。 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。
煤的发热量测定方法
GB/T213-2008
主要内容
概念的定义和单位 氧弹量热法的基本原理 热容量的标定 发热量的测定
一、量热仪原理
二、量热仪结构:氧弹、内筒、外筒、搅拌器、
温度计、点火装臵、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
一、量热仪原理
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。
Qnet,v,ar=(Qgr,v,ad-206Had) 〓 -23Mar
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、点火装臵、温度测量部件、水量定量装
臵、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
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.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
恒压低位发热量是恒压高位发热量减去水的气化热(恒压)
(4)燃烧条件与燃烧产物种类及其相态关系
燃烧条 件 燃烧产物种类及其相态 C H S N 热力学状 态
氧弹内
空气中 工业锅 炉中
CO2(g)
CO2(g) CO2(g)
H2O(I)
H2O(I) H2O(g)
H2SO4(I)
SO2(g) SO2(g)
●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:称量法、 平衡法、量杯法、水位探针定量 法。
3. 外筒
(1)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(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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(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℃。
水的三相点 273.16K 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℃。
要介绍恒温式量热仪。
1.氧弹
●氧弹材料:耐热、耐腐蚀的 镍铬或镍铬钼合金。
●氧弹容积:一般在(250~350)mL。
●水压试验:我国氧弹水压试验是 20MPa,2年内有效。 ●充氧压力和时间:(2.8-3.0)Mpa 并持续充氧15s以上。禁止超过 3.2MPa。
图为5E-AC8018使用的氧弹
2.内筒
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.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
脂很容易点着,引发火灾。
(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同一 种坩埚,前者坩埚应浅一些,后者坩埚应深一些。 (6)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 铜丝 6700J/g 2500J/g
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
(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。
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
●搅拌的方式: 螺旋桨式和电磁式,但都需要电机带动。 ●转速:(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。
●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 。 ●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。
3.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。
(2)操作
标定热容量时,是将一定量已知热值的二级苯甲酸臵于密 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)计算公式
Q m q1 qn Q m q1 qn E (tn to ) C C
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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