煙煤彈筒發(fā)熱量的測定

1、煙煤彈筒發(fā)熱量的測定煤炭發(fā)熱量的測定一、實(shí)驗(yàn)?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(xiàng)校正方法。二、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(shí)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。三、儀器設(shè)備和試劑（1）熱量計：恒溫式熱量計包括以下主件和附 件。CD氧

2、彈：由耐熱耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻合金鋼制 成。D內(nèi)筒：紫銅黃銅或不銹鋼制成。內(nèi)筒盛水 20003000ml，能浸沒氧彈（進(jìn)出氣閥和點(diǎn)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。CD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。D攪拌器：螺旋槳式，轉(zhuǎn)速以400600r/min為 宜，攪拌率應(yīng)使在熱容量標(biāo)定時，由點(diǎn)火倒終點(diǎn) 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)。(2) 溫度計：精密溫度計或貝克曼溫度計，分 度值均為0.01 ° C此外，也

3、可以使用測溫準(zhǔn) 確度達(dá)到0.002C的數(shù)字式精密溫度計。(3) 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。(4) 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(5) 燃燒皿：鉑制品或鎳鉻鋼制品。規(guī)格為高 17mm上部直徑為 2526mm底部直徑為 1920mm厚0.5mn。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

4、燃 燒完全，而本身又不受腐蝕和產(chǎn)生熱效應(yīng)為 原則。(6) 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(jī)關(guān)檢定 一次，以確保指示正確和操作安全。(7) 點(diǎn)火裝置：點(diǎn)火采用1224伏的電源。 點(diǎn)火電壓應(yīng)預(yù)先實(shí)驗(yàn)確定。其方法是：接好 點(diǎn)火線，在空氣中通電實(shí)驗(yàn)。熔斷法點(diǎn)火時， 調(diào)節(jié)電壓使點(diǎn)火絲在1-2s內(nèi)達(dá)到暗紅，電 壓調(diào)節(jié)好后，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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

5、便發(fā)熱集中，調(diào)節(jié)電壓 使發(fā)熱絲在45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(8) 壓餅機(jī)：螺旋式壓餅機(jī)和杠桿式壓餅機(jī)， 能壓制直徑10mm勺煤餅或餅甲酸餅。模具 和壓桿應(yīng)為硬質(zhì)鋼制成，表面光潔，易于擦 拭。(9) 秒表(10) 分析天平：感量0.1mg。(11) 工業(yè)天平：最大稱量45kg，感量 0.5g。(12) 氧氣：至少99.5%的純度，不含可燃成 分，因此不許使用電解氧，(13) 苯甲酸：經(jīng)計量機(jī)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4050C的溫度 下烘烤34h.(14) 點(diǎn)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

6、使用棉線，則應(yīng)選用粗細(xì)均勻不涂蠟的白棉線。 火絲的燃燒熱如下：各種點(diǎn)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34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(shí)驗(yàn)步驟(1) 在燃燒皿中稱取粒度小于 0.2m m的一般分 析實(shí)驗(yàn)煤樣0.91.1g (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(jī)中壓成餅并切 成24mm的小塊使用。不易燃燒完全的試樣

7、， 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 3.03.2mpa,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(diǎn)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(diǎn)火絲接 觸燃燒皿，以免形成短路致使點(diǎn)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(diǎn)火情況吸下用棉線點(diǎn)火時，把已 知質(zhì)量的棉線的一端固定在點(diǎn)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

8、氧彈蓋， 接上氧氣導(dǎo)管，開始充氧，直到氧彈壓力達(dá) 2.62.8MPa。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1020mm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(bǔ)正。注意恰當(dāng)調(diào)節(jié) 內(nèi)筒水溫，使終點(diǎn)時內(nèi)筒溫度比外筒高約1K,使至終點(diǎn)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)

9、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(diǎn)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（to）并立即點(diǎn)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，

10、應(yīng)開啟振動器振動35s。（7）觀察內(nèi)筒溫度（注意在點(diǎn)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(diǎn)火成功。點(diǎn)火后 1min 40 s 時讀取一次內(nèi)筒溫度（ti/40”），讀準(zhǔn)到0.01K。（8）接近終點(diǎn)時（一般點(diǎn)火到終點(diǎn)時間為 810 min）每個imin讀取一次內(nèi)筒溫度。讀數(shù)前開啟 振蕩器，并讀準(zhǔn)到 0.001K。以第一個下降溫度 作為終點(diǎn)溫度（tn）。實(shí)驗(yàn)主要階段到此結(jié)束。（9）停止攪拌，取出內(nèi)筒和氧彈，開啟氧彈上 的放氣閥，放出燃燒廢氣。打開氧彈，仔細(xì)觀察 氧彈和燃燒皿內(nèi)部，如發(fā)現(xiàn)試樣燃燒不完全的跡 象或有炭黑存在，則實(shí)驗(yàn)應(yīng)作廢。(10) 金屬絲點(diǎn)火

11、時，找出未燒完全的點(diǎn)火絲， 量出長度，并計算實(shí)際消耗量。(11) 需要時用蒸餾水充分沖洗氧彈內(nèi)各部分、放氧閥、燃燒皿內(nèi)外和燃燒殘渣。將全部洗液(約 100mL收集在燒杯中，供測定彈筒洗液硫量之 用。五、實(shí)驗(yàn)記錄和結(jié)果計算1、實(shí)驗(yàn)記錄表：煤炭發(fā)熱量的測定煤樣 編號執(zhí)八、容量/ETo/cMad/%煤樣質(zhì)量/g常數(shù)KT1/40 ” CAad/%露出 柱溫 度/c常數(shù)At n/cQ,ad/j.g-1基點(diǎn) 溫度/ cnS,ad /%Qr,ad /j .g-1點(diǎn)火時外NaONaOSb,ad筒溫度/ cH標(biāo)液濃度/mol ?L-1H溶液耗量/mL時間/min內(nèi) 筒 溫 度/c時 間 /min內(nèi) 筒 溫 度/

12、 c時間/min內(nèi) 筒 溫 度/ c時間/min內(nèi) 筒 溫 度/ c03691min40s471025811測定人：審定人：2、結(jié)果計算(1) 校正：(1溫度計刻度校正：根據(jù)鑒定證書 中所給的修正值(時用貝克曼溫度計時稱為毛細(xì) 孔徑修正值）校正點(diǎn)火溫度to和終點(diǎn)溫度tn,再 由校正后的溫度（to+ho）和（tn + hn）求出溫升。 其中ho和hn分別代表to和tn的刻度修正值。Q貝克曼溫度計平均分度值的校正：平均分度值 就是溫度計刻度改變 1K （作毛細(xì)孔徑修正后） 時，代表的實(shí)際溫度的改變數(shù)。當(dāng)貝克曼溫度計的基點(diǎn)溫度改變時，水銀球及其相連的毛細(xì) 管中的水銀量隨之改變，所以分度值也隨之改 變

13、。另外，溫度計浸沒深度和露出柱水銀所處的 溫度不同，分度值也有所改變。因此，必須對 分度值進(jìn)行校正。在熱容量標(biāo)定和發(fā)熱量測定中，溫度計的浸 沒深度與檢定時可能不同，但在標(biāo)定熱容量和測 煤的發(fā)熱量時，溫度計的浸沒深度是一致的，對 分度值的影響可以互相抵消，不必校正。基點(diǎn)溫 度變化和露出柱溫度變化對貝克曼溫度計分度 值的影響按下式計算：H=H°+0.0ooi6 （ts-t e）式中H平均分度值；H）基點(diǎn)溫度下對應(yīng) 于標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫度的平均分度值（由測定證書中 查得），成為標(biāo)準(zhǔn)分度值；t s 基點(diǎn)溫度對應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫度（由測定證書中查得），c；te實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際露出柱溫度，°C

14、； 0.00016水銀對玻璃的相對膨脹系數(shù)。平均 分度值計算示例：某貝克曼溫度計測定證書給出 平均分度值如下：基點(diǎn)溫度/C標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫 度/ C校準(zhǔn)平均分度 值0160.99010180.99520200.99930221.003 已知某次測定中，基點(diǎn)溫度為 22.22 C,露出柱 溫度為24.20 C,求平均分度值。解：查平均分度值表，沒有基點(diǎn)溫度為22.22 C似的參數(shù)，可由內(nèi)插法進(jìn)行計算：ts=20+(22-20)/(30-20) X(22.22-20)=20.44 CH=0.999+(1.003-0.999)/(30-20)X(22.22-20)=0.9999則 H=H+0.00016

15、( ts-te )=0.9999+0.00016(20.44-24.20)=0.9993O冷卻校正：在實(shí)驗(yàn)過程中，恒溫式熱量計的內(nèi)、外筒之間始終存在著熱交換，對此熱量應(yīng)予以矯 正。方法是將內(nèi)筒水的溫升加上校正值 C, C稱 為冷卻校正值。C=( n-a)Vn+avo式中C冷卻校正值，K; n由點(diǎn)火到終點(diǎn) 的時間，min; a當(dāng)厶/ ” 4°” w 1.20 時，a= / 1 40” 一0.10 ；當(dāng)4 / * 40” > 1.20 時，a= / 1 40" ；總溫升， = tn to,K； 1 40"點(diǎn)火后 1min40s 時的溫升， 1 4°”

16、=t 1 4?！?-t °,K;t n= 終點(diǎn)時內(nèi)筒溫度，0； t 0點(diǎn)火時內(nèi)筒溫度，C； t1 40 點(diǎn)火后1mi n40s時內(nèi)筒溫 度，C； V0點(diǎn)火時內(nèi)筒降溫速度， K/min ； Vn 終點(diǎn)時內(nèi)筒降溫速度，K/min ；其中 v 0=K(t 0-t j)+A v n=K(to-tj)+AK熱量計的冷卻常數(shù)，A熱量計的綜合常數(shù)，K/min ；tj外筒溫度(若內(nèi)筒溫度采用貝克曼溫度計 測定，tj指外筒實(shí)際溫度減去基點(diǎn)溫度，下同)。 點(diǎn)火熱量的校正點(diǎn)火熱包括點(diǎn)火電能熱和點(diǎn)火絲燃燒熱。點(diǎn)火電能熱(J)=電壓(V) X電流(A) X時間(s) 在熔斷式點(diǎn)火法中，點(diǎn)火絲燃燒熱應(yīng)由實(shí)際消耗

17、 量計算；在棉線點(diǎn)火法中，要預(yù)先測定1根棉線 的燃燒熱(可將棉線裁成長度相等的短線，取其 中幾根，按煤的發(fā)熱量步驟測定，求出每根棉線 的熱值)。(2) 發(fā)熱量的計算：Cb彈筒發(fā)熱量的計算：Q,ad =E H (t n + hn)-(t 0+ho)+C -(q i+q2)/m式中Q,ad 空氣干燥基彈筒發(fā)熱量，J/g ; E 熱量計的熱容量，J/C；qi點(diǎn)火熱(點(diǎn)火電能熱和點(diǎn)火絲燃燒熱之和)，J; q2添加物(如包紙等)產(chǎn)生的熱， J; m 煤樣的質(zhì)量，g ；其余符號同前。高位發(fā)熱量的計算：Qgr,v,ad = Q,a - ( 94.1 Sb,ad +a，Q,ad )式中Qr,v,ad空氣干燥基

18、恒容高位發(fā)熱量，J/g ;Sb,ad=彈筒洗液中硫占試驗(yàn)煤樣的的百分比，% a硝酸生成熱校正系數(shù)，當(dāng) Q,ad < 16.7kj/g，a=0.0010,當(dāng),ad>25.10kj/g,a=0.0016,當(dāng) 16.7kj/g v Q,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12min,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-aQ,ad/59.8 )x 1.6式中c氫氧化鈉標(biāo)液

19、的濃度，mol/L ; V氫氧化鈉標(biāo)液耗量，mL59.8 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)熱同一化驗(yàn)室重復(fù) 性限 Qr,v,ad /J g-1不同化驗(yàn)室再現(xiàn)性 臨界 Qr,v,ad /J g"1量120300七、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(shí)驗(yàn)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0.91.1g (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6070C烘箱中干燥34h，冷卻后壓 成餅。(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(T。)，經(jīng) 10min再讀取一次內(nèi)筒溫度(t。),然后按發(fā)熱量 測定步驟點(diǎn)火，記下外筒溫度(tj)和露出柱溫 度(te)，延續(xù)到終點(diǎn)溫度(t n)，然后再繼續(xù)攪 拌10min并記下內(nèi)筒溫度(Tn)，實(shí)驗(yàn)即結(jié)束。 注意檢測氧彈，如有炭黑，實(shí)驗(yàn)應(yīng)予作廢。(3) K和A的計算