燃煤發(fā)熱量的測定

1、實驗二燃煤發(fā)熱量的測定一、實驗目的煤的發(fā)熱量測定是鍋爐耗煤量、熱平衡和熱效率等計算的依據(jù)，是供熱用煤、煤質(zhì) 分析的指標。本實驗通過使用氧彈式熱量計測量發(fā)熱量的方法，使學生掌握發(fā)熱量的測 量原理及方法。二、實驗原理煤的發(fā)熱量是在氧彈熱量計中測定的，取一定量的分析試樣放于充有過量氧氣的氧 彈熱量計中完全燃燒，氧彈筒浸沒在盛有一定量水的容器中。煤樣燃燒后放出的熱量使 氧彈熱量計量熱系統(tǒng)的溫度升高，測定水溫度的升高值即可計算氧彈彈筒發(fā)熱量。成（兆K2 q焦/千克）。Qdt = -0001gMJ/kg高位發(fā)熱量即由彈筒發(fā)熱量減掉硝酸和硫酸校正熱得到的發(fā)熱量。低位發(fā)熱量即由高位發(fā)熱量減去水的氣化熱后得到的

2、發(fā)熱量。熱容量K：量熱系統(tǒng)在試驗條件下，溫度上升1C時所需要的熱量稱為熱量計的熱容 量或水當量K。以KJ/C表示，它可由標定方法確定，即將已知發(fā)熱量的苯甲酸燃料放于 氧彈筒內(nèi)完全燃燒，測定水的溫升，求出K值。三、實驗儀器1恒溫式熱量計包括以下主件：熱量計：通用的熱量計有恒溫式和絕熱式兩種。下面只介紹使用廣泛的恒溫熱量計氧彈：由耐熱，耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻鉬合金鋼制成，需要具備三個主要性能： a、不受燃燒過程中出現(xiàn)的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應；b、能承受充氧壓力 和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時高壓；C、驗過程中能保持完全氣密。氧彈容積為250300ml，彈蓋上應有供充氧和排氣的閥門以及點火電源的接線

3、電極。 新氧彈和新?lián)Q部件的氧彈應經(jīng)20.0MPa的水壓試驗后方能使用。每次水壓試驗后，使用 期不超過2年。內(nèi)筒：用紫銅、黃銅或不銹鋼制成，斷面可為圓形，菱形或其他適當形狀。筒內(nèi) 裝水20003000ml，以能浸沒氧彈（進、出氣閥和電極除外）為準。內(nèi)筒外面應電鍍拋 光，以減少與外筒間的輻射作用。外筒：為金屬制成的雙壁容器，并有上蓋。外壁為圓形，內(nèi)壁形狀則依內(nèi)筒的形 狀而定；原則上要保持兩者之間有1012mm的間距，外筒底部有絕緣支架，以便防止 內(nèi)筒。外筒內(nèi)層必須電鍍拋光，以減少輻射作用。頂蓋和底面有一層反射能力很強的鍍 鉻襯板，以防止熱量向外散失。盛滿水的外筒的熱量應不小于熱量計熱容量的5倍，以

4、 便保持試驗過程中外筒溫度基本恒定。外筒外面可加絕緣保護層，以減少室溫波動的影 響。攪拌器：螺旋槳式，轉(zhuǎn)速以400600r/min為宜，并應保持穩(wěn)定，攪拌效率應能 使熱能量標定中由點火到終點的時間不超過10min,同時又要避免產(chǎn)生過多的攪拌熱（當 內(nèi)外筒溫度和室溫一致時，連續(xù)攪拌10min所產(chǎn)生的熱量不應超過120J）。量熱溫度計：內(nèi)筒溫度測量誤差是發(fā)熱量測定誤差的主要來源。對溫度計的正確 使用，具有特別重要意義。常用的玻璃水銀量熱溫度計有兩種：一是固定測溫范圍的精 密溫度計，二是可變測溫范圍的貝克曼溫度計。兩者的最小分度值應為0.01k，使用時 應根據(jù)計量機關(guān)檢定證書中的修正值做必要的校正。

5、兩種溫度計都應進行刻度修正（對 貝克曼溫度計稱為孔徑修正）。貝克曼溫度計還有一個稱為“平均分度值”的修正值。普通溫度計：供測定外筒水溫和量熱溫度計（貝克曼溫度計）的露出柱溫度的普 通溫度計，它的分度為02C，量程為050C。2熱量計的附件有：溫度計讀數(shù)放大鏡和照明燈：為了使溫度讀數(shù)能估計到0.001K，需要一個大約5 倍的放大鏡。通常把放大鏡裝在一個鏡筒中，筒的后部裝有照明燈，用以照明溫度計的 刻度。鏡筒借適當裝置可沿垂直方向上下移動，以便跟蹤觀察溫度計中水銀柱的位置。振蕩器：電動振蕩器，用以在讀取溫度前振蕩溫度計，以克服水銀柱和毛細管間 的附著力。燃燒皿：鉑制品最理想，一般可用鎳鉻鋼制品。其

6、規(guī)格可采用高1718mm，上 部直徑為2526mm；底部直徑為1920mm；厚度為0.5mm。其他合金鋼或石英制的燃 燒皿也可使用。但以能保證試樣燃燒完全而本身不受腐蝕和產(chǎn)生熱效應為原則。壓力表和氧氣導管：壓力表由兩個表頭組成，一個指示氧氣瓶中的壓力，另一個 指示充氧時氧彈內(nèi)的壓力。壓力表通過內(nèi)徑12mm的無縫鋼管與氧彈連接，以便導入 氧氣。點火裝置：點火采用1224V的電源，可由220V交流電源經(jīng)變壓器供給。線路 中應串聯(lián)一個調(diào)節(jié)電壓的變阻器和一個指示點火情況的指示燈和電流計。點火電壓應預先試驗確定。其方法是：接好點火絲，在空氣中通電試驗。采用熔斷 式點火時，調(diào)節(jié)電壓使點火絲在12S鐘內(nèi)達到

7、亮紅；在采用棉線點火時，調(diào)節(jié)電壓使 點火絲在45S鐘內(nèi)達到暗紅。上述電壓和時間確定后，應準確測出電壓 電流和通電時 間，以便據(jù)以計算電能產(chǎn)生的熱量。如采用棉線點火時，則在遮火罩以上的兩電極柱間連接一段直徑約0.3mm的鎳鉻 絲，絲的中部預先繞成螺旋形 直徑為23mm，共35圈，以便發(fā)熱集中。在螺旋中穿 接一段已知重量的棉線（即棉線的一端夾在螺旋中），另一端通過遮火罩中心的小孔（直 徑12mm），搭接在試樣上，根據(jù)試樣的點火難易，調(diào)節(jié)棉線的搭接長度。當有電流通 過時，鎳鉻絲被燒成赤紅，引燒棉線和煤樣。壓餅機：螺旋式或杠桿式壓餅機，能壓制直徑約10mm的煤餅或苯甲酸餅。 秒表或其他能指示10S的計

8、時。天平：分析天平，精確到0.0002g。工業(yè)天平：載重量45Kg，精確到1g。四、實驗試劑和材料氧 氣：不含可燃成分，因此不允許使用電解氧。苯甲酸：經(jīng)計量機關(guān)檢定并標明熱值的苯甲酸（標定水當量用）。氫氧化鈉溶液：0.1mol/L。甲基紅指示劑:0邛似稱取0.2g甲基紅溶解在100ml水中）點火絲：直徑約0.1mm的鉑、銅、鎳絲或其他用已知熱值的金屬絲，如使用棉線， 則應選用粗細均勻，不涂蠟的白棉線。各種點火絲的熱值為：鎳鉻絲6000J/g；銅絲2500 J/g；鐵絲6700 J/g； 棉線17500 J/g。石棉紙或石棉絨：使用前在800C灼燒30min。擦鏡紙：使用前先測出燃燒熱值。其方法

9、：抽取34張紙，團緊，稱準重量，放入 燃燒皿中，然后按常規(guī)方法測定發(fā)熱量。取三次結(jié)果的平均值作為標定值。五、實驗步驟1、在燃燒皿中精確稱量分析煤樣，粒度0.2mm,10.1g （稱準到0.0002g）。對燃燒時易于飛濺的試樣，可先用已知質(zhì)量的擦鏡紙包緊，或在壓餅機中壓餅并切成2 4mm的小塊使用。對不易燃燒完全的試樣，可先在燃燒皿底部鋪上一個石棉紙墊或用石 棉絨做襯墊。如加襯墊后仍燃燒不完全，可提高充氧壓力至3.2Mpa，或用已知質(zhì)量和熱 量的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊1，然后放入燃燒皿中。2、取一段已知質(zhì)量的點火絲，把兩端分別接在兩個電極柱上。再把盛有試樣的燃燒 皿放在支架上，調(diào)節(jié)下垂的

10、點火絲與試樣接觸（難點燃的無煙煤）或保持微小距離（易 燃或易飛濺的煤），注意勿使點火絲接觸燃燒皿，以免形成短路而導致點火失敗，甚至燒 毀燃燒皿。同時還應注意，防止兩電極間以及燃燒皿同另一電極之間的短路。3、往氧彈中加入10ml蒸餾水，以溶解氮和硫所形成的硝酸和硫酸，小心擰緊彈蓋， 注意避免燃燒皿和點火絲的位置因受震動而改變。4、接上氧氣導管，往氧彈中緩緩地充入氧氣，直到壓力達到2.83.0MPa帕。充氧 時間不得少于15s，當鋼瓶中氧氣壓力降到5.0MPa以下時，充氧時間應酌量延長。壓力 降到4.0MPa以下時，須更換氧氣瓶。5、往內(nèi)筒中加入定量的蒸餾水，使氧彈蓋的頂面（不包括突出的氧氣閥和電

11、極）淹 沒在水面下1020mm。要特別注意每次試驗的用水量應與標定熱容量時一致，誤差1g。水量最好用稱重法測定。如用容量法，則需對溫度變化進行補正。每次試驗開始時， 要注意恰當?shù)恼{(diào)節(jié)內(nèi)筒水溫（一般應使內(nèi)筒水溫稍低于外筒水溫）使試驗終點時內(nèi)筒溫 度比外筒溫度約高1K，以使終點時內(nèi)筒溫度出現(xiàn)明顯下降。外筒水溫應盡量接近室溫， 相差不得超過1.5K。因外筒終點時過大的溫差，將導致過大的冷卻校正，從而引起誤差。6、把氧彈小心地放入內(nèi)筒中，觀察3040s，以檢查氧彈的氣密性，如氧彈中無氣 泡漏出，則表明氣密性良好，則可把內(nèi)筒放在外筒的絕緣支架上；如有氣泡出現(xiàn)，則表 示氧彈漏氣，應找出原因，加以糾正，重新

12、充氧。然后接上點火線，裝上攪拌器和量熱 溫度計（內(nèi)筒貝克曼溫度，外筒普通溫度計），并蓋上外筒的蓋子。溫度計的水銀球?qū)?氧彈主體（進、出氣閥和電極除外）的中部，溫度計和攪拌器均不得接觸氧彈和內(nèi)筒。 靠近量熱溫度計的露出水銀計的部件，應另懸一支普通溫度計，用以測定露出柱的溫度（切忌不要以室溫代替此溫度）。7、開動攪拌機，3min后測出貝克曼溫度計的基點溫度2（若已測得基點溫度可略此步）；5min后開始計時和讀取內(nèi)筒溫度（0）并立即通電點火。隨后記下外筒溫度（4） 和露出柱溫度（？。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位于同一

13、水平線上，以避免視差對讀數(shù)的影 響。每次讀數(shù)前，應開動攪拌器振動35s。以消除溫度計的水銀柱運動時由于與管壁摩 擦產(chǎn)生的溫度滯后現(xiàn)象。8、觀察內(nèi)筒溫度。通電點火后，如在30s內(nèi)溫度急劇上升，則表明點火成功。經(jīng)過140 后讀取一次內(nèi)筒溫度（L，40），只讀準到0.01K即可。9、接近終點時，開始按1min間隔讀取內(nèi)筒溫度并記下讀數(shù)。讀取溫度前仍要開動振 蕩器，并要讀到0.001K。以第一個下降溫度作為終點溫度（tn）o實驗主要階段至此為止3。10、停止攪拌。取出內(nèi)筒和氧彈，開啟放氣閥，放出燃燒廢氣4，打開氧彈，仔細觀 察彈筒和燃燒皿內(nèi)部，如有試樣燃燒不完全的跡象或有碳黑存在，試驗應作廢。11、找

14、出未燃完的點火絲，并量出長度，以便計算實際消耗量。用蒸餾水充分沖洗彈 內(nèi)各部分、放氣閥，燃燒皿內(nèi)外和燃燒殘渣。把全部洗液（共約100ml ）收集在一個燒杯 中供測硫使用。：用一張擦鏡紙（一般重約0.10.15g，面積1015cm2）折為兩層，把試樣放 在紙上攤平，然后包嚴壓緊。對特別難燃的試樣，也可用兩張擦鏡紙，并把充氧壓力提 高到 3.4MPa。：貝克曼溫度計的基點溫度，是指貝克曼溫度計最下刻度所代表的溫度稱為基點 溫度。基點溫度實質(zhì)上是表示水銀球中水銀量的一種方法。因貝克曼溫度計是一種可變 測溫范圍的溫度計，其量程雖只有5C或6C，但因水銀球中水銀量是可變的（切斷一段 移存在毛細管頂部的一

15、個U形儲槽中），因此它可以測量一10C120C范圍的任何溫度 變化的溫升或溫降，而不適合測量絕對溫度。用于不同測溫范圍時，須調(diào)節(jié)水銀球中的 水銀量（調(diào)節(jié)方法見后文）。例如測溫范圍在21C24C之間，則可調(diào)節(jié)水銀量使溫度 計放入20C的水浴中時（該溫度是普通溫度計測得的），水銀柱頂點指在溫度計的最下刻 度（通常為0C），則20C即是貝克曼溫度計在測量21C24C溫度范圍內(nèi)的基點溫度。：一般熱量計由點火到終點的時間約為810min。對一臺具體熱量計而言，可根 據(jù)以往經(jīng)驗恰當掌握。：在需要用彈筒洗液測硫的情況下，要緩緩放氣（放氣時間不少于1min），并加 水稀釋的適量氫氧化鈉標準溶液（約2ml）吸收

16、放出的氣體。六、實驗結(jié)果計算1校正溫度計刻度校正：根據(jù)檢定證書中所給的孔徑修正值校正點火溫度t0和終點溫 度tn，再由校正后的溫度（t0+h0）和（tn+hn）求出溫升，其中h0和hn分別代表t0和tn的 孔徑修正值。nnn貝克曼溫度計平均分度值的校正：調(diào)定基點溫度后，應根據(jù)檢定證書中所給的 平均分度值計算該基點溫度下的對應于標準露出柱溫度（根據(jù)檢定證書中所給的露出柱溫度計算而得)的平均分度值H0。H = H 0 + 0.00016。-1 )式中：H0-該基點溫度下對應于標準露出柱溫度時的平均分度值；ts該基點溫度所對應的標準露出柱溫度，。C ；-發(fā)熱量測定中實際露出柱溫度，C ；0.0001

17、6水銀對玻璃的相對膨脹系數(shù)。冷卻校正：恒溫式熱量計的內(nèi)筒在試驗過程中與外筒間始終發(fā)生熱交換，對此散 失的熱量應與校正，辦法是在溫升中加上一個校正值C,這個校正值稱為且冷卻校正值， 計算方法如下：首先根據(jù)點火時和終點時的內(nèi)外筒溫差(t0-t)和()從v(t.) 關(guān)系曲線中查出相應的v0和vn，或根據(jù)預先標定出的下列式子中計算出v 0和vn。JV0= K(t0-tj)+A ；Vn= K(tn-tj)+A式中：v0：在點火時的內(nèi)外筒溫差的影響下造成的內(nèi)筒降溫速度，K/min匕：在終點時的內(nèi)，外筒溫差的影響下造成的內(nèi)筒降溫速度，K/minK：熱量計的冷卻常數(shù)；A：熱量計的綜合常數(shù)；t0：點火時的內(nèi)筒溫

18、度；tn：終點時的內(nèi)筒溫度；j外筒溫度。然后按下式計算冷卻校正值：C = (n - a)v + av0式中：C：冷卻校正值，K；n：由點火到終點的時間，min ；a：當/,40 1.20 時，a= A/ A】,抑；其中A為主期內(nèi)總溫升(A = tn -10) , Ag,為點火后1，40時的溫升（A1，40=1，40- 10）。在自動量熱儀中，或在特殊需要的情況下，可使用瑞一方公式:C = nV +0e七 + t - nt 0 t -120式中：主期內(nèi)第i min時的溫度；其余符號，意義同前。使用瑞一方公式，在操作步驟上要求點火后每分鐘讀溫一次，直至終點。點火絲熱量校正：在熔斷式點火法中，應由點

19、火絲的實際消耗量(原用量減去殘 余量）和點火絲的燃燒值計算試驗中點火絲放出的熱量。在棉線點火法中，首先計算出所用一根棉線的燃燒熱，（剪下一定數(shù)量適當長度的棉線， 稱出它們的質(zhì)量，然后算出一根棉線的質(zhì)量，再乘以棉線的單位熱值）然后確定每次消 耗的電熱能。電能產(chǎn)生的熱量（J）=電流（A）X電壓（V）X和時間（S）。二者放出的總熱量即為點火熱。2恒溫式熱量計的發(fā)熱量的計算彈筒發(fā)熱量按下式計算：八EH （t + h ） - （t + h ） + C - （q - q ）Q = nn0012b,adm式中：Qb，ad一分析煤樣的彈筒發(fā)熱量，J/g；E一熱量計的熱容量（水當量），J/K ；缶一點火絲產(chǎn)生的

20、熱量，J;q2一添加物產(chǎn)生的熱量，J;m試樣的重量，；H貝克曼溫度計校正后的平均分度值；高位發(fā)熱量計算公式：Qg, ad=Q ,a廣（94T 如 +,d ）式中：Qgrad 一分析試樣的高位發(fā)熱量，J/g；Q 一分析試樣的彈筒發(fā)熱量，J/g ； b, adS 由彈筒洗液測得的煤的含硫量，當全硫含量低于4%時或 b,ad發(fā)熱量大于14.60MJ/kg時，可用全硫或可燃硫代替S。b ,ad94. 1煤中每1%硫的校正值，J；a 一硝酸校正系數(shù)：當 Qb 16.70MJ / kg, a = 0.001 ；當 16.70MJ /kg Qb 25.10MJ /kg, a = 0.0016;b加助燃劑后，

21、應按總釋熱量考慮。在需要用彈筒洗液測定Sbad的情況下，把洗液煮沸12min，取下稍冷后，以甲基 紅（或相應的混合指示劑）為指示劑，用氫氧化鈉標準溶液滴定，以求出洗液中的總酸 量，然后按下式計算出Sbad（%）：S = (c X V /m a Q/60) x 1.6b ,adb ,ad式中：c一氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度，約為0.1mol/L;V一滴定用去的氫氧化鈉溶液的體積，mL;60相當于Immol硝酸的生成熱，J。恒容低位發(fā)熱量的計算工業(yè)上多依收到基煤的低位發(fā)熱量進行計算和設(shè)計。收到基的恒容低位發(fā)熱量的計算方法為：Q = (Q一 206H ) X一 一 23Mnet ,v ,argr,

22、adad 100 一 Marad式中Q一收到基煤的低位發(fā)熱量，J/g；net ,v ,arQgrad 一分析試樣的高位發(fā)熱量，J/g；Mar 一收到基全水分，；Mad 一分析試樣的水分，%;H d 一分析試樣的氫含量，。恒壓低位發(fā)熱量的計算由彈筒發(fā)熱量算出的高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量都屬恒容狀態(tài)，在實際工業(yè)燃燒中則是恒壓狀態(tài)，嚴格的講，工業(yè)計算中應使用恒壓低位發(fā)熱量，如有必要，恒壓低位發(fā)熱,、100 M 量可按下式計算：%, p，疽(Qgr ,ad 2 嘰一裁 100 M 一 244 ad式中Q一分析試樣的高位發(fā)熱量，J/g;gr ,adM 收到基全水分，%；M ad 一分析試樣的水分，% ；H

23、d 一分析試樣的氫含量，%；oad 一分析試樣的氧含量，%；各種不同基的煤的發(fā)熱量換算各種不同基的煤的發(fā)熱量(低位發(fā)熱量除外)按下列公式互換計算：Q ar ad100 - M100 - M好ad=Qad100100 - MadQdaf=Qad100X100 一 Mad - Aad - CO2)ad式中：Q 一彈筒發(fā)熱量或高位發(fā)熱量，J/gMar 一收到基全水分，%;M d 分析試樣的水分，%；A d 分析試樣的灰分，%；(CO2)皿一分析試樣的碳酸鹽二氧化碳含量，%，不足2%可忽略不計。一分別代表收到基，空氣干燥基，干基和干燥無灰基。ar ,ad ,d ,daf七、注意事項實驗室應設(shè)在單獨房間，不得