煙煤彈筒發(fā)熱量的測定

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。 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(bǔ)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。（8）接近終點時（一般點火到終點時間為8~10min）每個1min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溫度（tn）。實驗主要階段到此結(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，則實驗應(yīng)作廢。（10）金屬絲點火時，找出未燒完全的點火絲，量出長度，并計算實際消耗量。（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、實驗記錄和結(jié)果計算1、實驗記錄表：煤炭發(fā)熱量的測定煤樣編號熱容量/ET0/℃Mad/%煤樣質(zhì)量/g常數(shù)KT1ˊ40＂℃Aad/%露出柱溫度/℃常數(shù)Atn/℃Qb,ad/j.g-1基點溫度/℃nSt,ad/%Qgr,ad/j.g-1點火時外筒溫度/℃NaOH標(biāo)液濃度/mol?L-1NaOH溶液耗量/mLSb,ad=時間/min內(nèi)筒溫度/℃時間/min內(nèi)筒溫度/℃時間/min內(nèi)筒溫度/℃時間/min內(nèi)筒溫度/℃03691min40s471025811測定人：審定人：2、結(jié)果計算（1）校正：eq\o\ac(○,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的刻度修正值。eq\o\ac(○,2)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，代表的實際溫度的改變數(shù)。當(dāng)貝克曼溫度計的基點溫度改變時，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。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?；c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=H0+0.00016（ts-te）式中H——平均分度值；H0——基點溫度下對應(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；ts——基點溫度對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫度（由測定證書中查得），℃；te——實驗中的實際露出柱溫度，℃；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：基點溫度/℃標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫度/℃校準(zhǔn)平均分度值0160.99010180.99520200.99930221.003………已知某次測定中，基點溫度為22.22℃，露出柱溫度為24.20解：查平均分度值表，沒有基點溫度為22.22℃ts=20+[（22-20）/(30-20)]×(22.22-20)=20.44H0=0.999+[(1.003-0.999)/(30-20)]×(22.22-20)=0.9999則H=H0+0.00016（ts-te）=0.9999+0.00016(20.44-24.20)=0.9993eq\o\ac(○,3)冷卻校正：在實驗過程中，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+av0式中C——冷卻校正值，K；n——由點火到終點的時間，min；a——當(dāng)Δ/Δ1＇40＂≤1.20時，a=Δ/Δ1＇40＂—0.10；當(dāng)Δ/Δ1＇40＂＞1.20時，a=Δ/Δ1＇40＂；Δ——總溫升，Δ＝ｔｎ－ｔ０，Ｋ；Δ1＇40＂——點火后１min40s時的溫升，Δ1＇40＂=t1＇40＂-t0,K;tn=——終點時內(nèi)筒溫度，℃；t0——點火時內(nèi)筒溫度，℃；t1＇40——點火后1min40s時內(nèi)筒溫度，℃；v0——點火時內(nèi)筒降溫速度，K/min；vn——終點時內(nèi)筒降溫速度，K/min；其中v0=K(t0-tj)+Avn=K(t0-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指外筒實際溫度減去基點溫度，下同）。eq\o\ac(○,4)點火熱量的校正點火熱包括點火電能熱和點火絲燃燒熱。點火電能熱（J）=電壓(V)×電流(A)×?xí)r間(s)在熔斷式點火法中，點火絲燃燒熱應(yīng)由實際消耗量計算；在棉線點火法中，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：eq\o\ac(○,1)彈筒發(fā)熱量的計算：Qb,ad={E·H·[(tn+hn)-(t0+h0)+C]-(q1+q2)}/m式中Qb,ad——空氣干燥基彈筒發(fā)熱量，J/g；E——熱量計的熱容量，J/℃；q1——點火熱（點火電能熱和點火絲燃燒熱之和），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。eq\o\ac(○,2)高位發(fā)熱量的計算：Qgr,v,ad=Qb,a-（94.1Sb,ad+a·Qb,ad）式中Qgr,v,ad——空氣干燥基恒容高位發(fā)熱量，J/g；Sb,ad=彈筒洗液中硫占試驗煤樣的的百分比，%；a——硝酸生成熱校正系數(shù)，當(dāng)Qb,ad≤16.7kj/g，a=0.0010,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(bǔ)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)