建筑环境与设备工程专业实验指导手册.doc

土木建筑工程专业 建筑环境与设备工程专业 专业实验 指导书 实验指导 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 2 页 共 32 页 2 目目 录录 目目 录录2 实验一实验一 散热器热工性能实验散热器热工性能实验3 实验二实验二 空气加热器性能实验空气加热器性能实验6 实验三实验三 空气处理过程实验空气处理过程实验9 实验四实验四 煤的工业分析煤的工业分析11 实验五实验五 煤的发热量测定煤的发热量测定17 实验六实验六 制冷（热泵）循环演示实验制冷（热泵）循环演示实验27 实验七实验七 制冷压缩机性能测定实验制冷压缩机性能测定实验29 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 3 页 共 32 页 3 实实验验一一 散散热热器器热热工工性性能能实实验验 、实实验验目目的的： ： 1、通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置的结构； 2、测定散热器的散热量 Q，计算分析散热器的散热量与热媒流量 G 和温差 T 的关系。 、实实验验装装置置： ：（ （见见附附图图） ） 、实实验验原原理理： ： 本实验的实验原理是在稳定条件下测出散热器的散热量： hgp ttCGQhkj / 式中：G热媒流量， kgh； Cp水的比热， kj/kg； 、供回水温度，。 g t h t 上式计算所得热量除以 36 即可换算成瓦w。 由于实验条件所限，在实验中应尽量减少室内温度波动。 水箱内的热水由循环水泵打入散热器，经电加热器加热并由温控器控制其温度在某一固 定温度点，经其传热将一部分热量散入房间，降低温度后的回水通过转子流量计流入低位水 箱。流量计计量出流经每个散热器在温度为时的体积流量。 h t 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 4 页 共 32 页 4 、实实验验步步骤骤： ： l、系统供水，注意供水的同时要排除系统内的空气； 2、打开泵开关，启动循环水泵，使水正常循环； 3、将温控器调到所需温度（热媒温度），打开电加热器开关，加热系统循环水； 4、根据散热量的大小调节每个流量计入口处的阀门。使之流量达到一个相对稳定的值， 如不稳定则需要找出原因，系统内有气应及时排除，否则实验结果不准确； 5、系统稳定后进行纪录并开始测定 当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可进行测定。 散热器供回水温度 tg 与及室内温度均用数显仪直接测量，流量用转子流量计测量。温度和流量均为 h t 每 10 分钟测读一次。 （） 3 101000/ LLGthm / 3 式中： L转子流量计读值； lh； Gt温度为时水的体积流量 h thm / 3 （） tt GGhkg/ 式中： G热媒流量； kgh； 温度为时水的密度； t h t 3 /mkg 6、改变工况进行实验 1）改变供回水温度，保持水流量不变。 2）改变流量，保持散热器平均温度不变。 即保持 恒定2/ )( hgp ttt 7、实验测定完毕 1）关闭电加热器开关； 2）停止运行循环水泵； 3）检查水、电等有无异常现象，整理测试仪器。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 5 页 共 32 页 5 、电电工工作作原原理理图图（ （见见附附图图） ） 、实实验验报报告告 供水温度回水温度室温流量散热量QNo tg（）th（）t（）G（kg/h）（kg/h）（w） 1 2 3 4 5 、注注意意事事项项： ： 1、测温电应加入少量机油，以确保温度稳定： 2、水箱内的电热管应淹没在水面下时才能打开，本实验台有自控装置；但亦应经常检查。 3、实验台应接地。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 6 页 共 32 页 6 实实验验二二 空空气气加加热热器器性性能能实实验验 、实实验验目目的的 1、 掌握测量空气热工参数的方法； 2、 学会使用各种热工测量仪器； 3、 掌握计算空气加热器传热系数和阻力的方法； 4、 培养独立完成实验的过程设计、准备工作和人员的分工合作； 5、 提高组织协调能力和动手能力。 、实实验验装装置置简简介介（ （参参见见实实验验装装置置示示意意图图） ） 1、 换热器为钢管绕铝片式，翅片管为两排，共十三根，水侧管程为两程。翅片管结构参数见 下表： 翅片外径片距基管直径迎风面积散热面积最窄通风面积热水通流面积 DbdN/dnFyFfF mmmmmmm2m2m2m2 432.321/170.0994.10.0450.0015 2、 水箱电加热器总功率为 14KW，分四档控制，四档功率分别为 6、4、2、2KW，其中第四档 可用调压器进行调节。 3、 空气温度用铜康铜热电偶测量；热水温度用水银温度计测量。 4、 空气流量用笛形管配倾斜式微压计测量。 5、 空气通过换热器的流通能力，在换热器前后的风管上设静压测嘴，配倾斜式微压计测量； 热水通过换热器的流通阻力，在换热器进出口处设测阻力测嘴，配用差压计测量。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 7 页 共 32 页 7 6、 热水流量用计量水箱配秒表测量。 、设设备备的的安安装装和和调调试试 1、 用橡胶管及金属管箍连接风机进口和试验风管； 2、 连接电源（380V，四线，50HZ，15KW）； 3、 接热水出口再冷却器进出口水管； 4、 向电热水箱内注水至水箱净高 5/6 处； 5、 在换热器进出口三通处安装水银温度计。 6、 用铜管或耐压橡胶管连接换热器进出口处的阻力测嘴和差压计的管口； 7、 连接倾斜式微压计及其相应的接口； 8、 将电位差计的测量导线接到琴键开关处的接线柱上； 9、 工况调节： a) 全开水箱电加热开关，待水温接近试验温度时，打开水泵开关，利用水泵出口阀门调 节热水流量； b) 在风机出口阀门全开的情况下开启风机，然后开启风阀，并利用该阀调节空气流量； c) 视换热情况，调节水箱电加热功率（改变前三组加热器投入组别，并利用调压器改变 第四组加热器工作电压），使热水温度稳定下试验工况附近； d) 调节热水出口再冷却器的冷水流量，使出口热水再冷却至不气化即可。 、注注意意事事项项 1、 停机时先关闭全部电热器开关； 2、 十分钟后关闭水泵、风机开关和再冷却器冷水开关，全开风机出风阀门； 3、 关闭所有设备电源后，切断总电源。 、试试验验方方法法和和数数据据处处理理 1、 试验方法 1、 拟定试验热水温度（6080）； 2、 在固定热水流速，改变空气流速的工况下，进行一组实验（5 个工况以上）； 3、 在固定空气流速，改变空气流速的工况下，进行一组实验（5 个工况以上）； 4、 每一工况的试验，均需测定以下参数：空气进口温度（或室温）；空气出口温度及空气流量； 热水进出口温度及热水流量；空气和热水通过换热器的阻力等。 2、 数据处理 1、 空气获得量： 121 () pkk QCG ttW 2、 热水放热量： 212 () pss QCG TTW 3、 平均换热量： 12 2 QQ Q W 4、 热平衡误差： 12 12 100% 2 QQ QQ 5、 传热系数： 2 (/) Q KW m C Ft A 式中：，分别为空气和水的定压比热， pk C ps C( /)J kgC ，分别为空气和水的质量流量， k G s G(/ )kg s 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 8 页 共 32 页 8 2() kkkk GFa b h / ssss GF h 测速管风管面积 k F 2 m 笛形管修正系数a 微压计倾斜比b 微压计读数 k hPa 空气密度 k 3 /kg m 计量水箱面积 s F 2 m 计量水箱水面高度 s hm 流量测量时间s 水的密度 s 3 /kg m 空气的进出口温度 12 ,t tC 热水的进出口温度 12 ,T TC 换热器散热面积F 2 m 传热温差 tAC 2112 21 12 ()() ln TtTt t Tt Tt A 注意事项：热水温度不能超过 80，不然，将使水泵因汽蚀而不能正常工作。 、参参考考文文献献： ： 1、空气调节 2、一种空气加热器选择计算方法，陆亚俊，暖通空调，1998（4） 3、加热器选择计算方法探讨，张继扶，天津防止工学院学报，1999（2） 空气加热器性能实验思考题 1、加热空气都有哪些方法？各有什么特点？ 2、如何测量空气流量？ 3、空气水加热系统的加热效率有哪些影响因素？如何影响？ 4、热电偶的测温原理？ 5、水泵的汽蚀现象受哪些因素影响？如何克服？ 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 9 页 共 32 页 9 实实验验三三 空空气气处处理理过过程程实实验验 、实实验验目目的的 1、 演示集中空调系统中的直流式系统的空气处理过程； 2、 进行热工测量及计算的训练 、实实验验装装置置简简介介（ （参参见见实实验验装装置置示示意意图图） ） 本实验台为直流式空气处理系统，它由风机组、冷凝机组、蒸发器、二次加热器、加湿器等组 成（详见附图）。 、操操作作步步骤骤 1、 熟悉试验装置及使用仪表的工作原理和性能； 2、 按使用说明书开启空调系统； 3、 工况调节： 、1、风量可通过风机进口处挡板相对位置进行调节，其数值的大小可通过风管出口孔板 处的微压计静压值表示； 、2、蒸发器进气参数可通过加湿器、一次加热器输入功率进行调节； 、3、空气处理的终参数可通过改变压缩机制冷量（可通过调节膨胀阀的开度，即改变蒸 发压力实现）及二次加热器输入功率进行调节。 4、 待系统运行稳定后进行试验测定； 5、 按使用说明书要求关闭空调系统。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 10 页 共 32 页 10 、数数据据处处理理 1、 空调系统风量： 1/2 3 0.28()GPA/kg s 式中：孔板流量计压力差 PA 2 mmH O 出风口空气密度 3 3 /kg m 2、 计算空气在各处理过程热量： QG iAkw 式中：空气处理前后焓差 iA/kj kg 3、 为进行热平衡计算，可增加电加热器电流和电压，其加热功率为： 3 10NUI kw 4、 热平衡计算误差计算，并分析误差产生的原因： () 100% NQ N 5、 在图上表示各空气处理过程id 空气处理过程实验思考题 1、为何进行空气处理？ 2、空气处理都包括了哪些方面？ 3、为何该系统中空气的换热量用焓差计算，不用温差计算？ 4、除了喷淋加湿以外，还有其他哪些加湿方案，各有什么特点？ 5、循环系统的热平衡是如何建立的？ 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 11 页 共 32 页 11 实实验验四四 煤煤的的工工业业分分析析 、实实验验目目的的 煤的工业分析是锅炉设计、灰渣系统设计和锅炉燃烧调整的重要依据，是燃料分析的基 础性实验。它通过规定的实验条件测定煤中水分灰分挥发分和固定碳质量含量的百分数， 并观察评判焦碳的粘结特征。通过煤的工业分析实验巩固概念，使学生掌握煤的工业分析方 法。 、实实验验原原理理 煤在加热到一定温度时，首先水分被蒸发出来；继续加热时，煤中 C、H、O、N、S 等元素 所组成的有机质、无机质分解产生气体挥发出来，这些气体称为挥发分；挥发分析出后，剩下 的是焦渣，焦渣就是碳和灰分。煤的工业分析就是在明确规定的实验条件下（GB/T212- 2001煤的工业分析方法）测定煤中水分灰分挥发分质量含量的百分数，煤中固定碳的质 量含量百分数是以 100 减去水分灰分挥发分质量含量的百分数而计算得出的。 、实实验验仪仪器器及及材材料料 1.干燥箱：带有自动调温装置，有气体进出、口，并能保持温度在 105110范围内。 2.箱形电炉：带有调温装置（最高温度 1300）炉膛应有恒温区，附有热电偶和高温表，炉后 壁上有一排气孔（烟囱）。 3.干燥器：内装干燥剂（变色硅胶或块状无水氯化钙）。 4.玻璃称量瓶：直径 40mm，高 25mm，并附有磨口的盖。 5.灰皿：瓷质，长方形，底长 45mm，底宽 22mm，高 14 mm。 6 挥发分坩埚：直径 33 毫米，有配合严密盖的瓷坩埚。 7.分析天平：感量 0.1mg。 8.坩埚架：用镍铬丝制成的架，其大小以能使放入箱形电炉中的坩埚不超过恒温区为限，并要 求放在架上的坩埚底部距炉底 20-30 毫米。 9. 流量计：量程为 1001000ml/min 10.其他：石棉手套、秒表、坩埚架夹、压饼机、耐热瓷板或石棉板、广口瓶、标准筛等 、实实验验准准备备 1、装试样的器皿（玻璃称量瓶、挥发分坩埚、灰皿）应事先编好号，烘干存放于干燥器中， 在装入试样前应精确称量器皿的重量。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 12 页 共 32 页 12 2、分析煤样应按规定（GB474-1996煤的制备方法）的缩制方法制备好，粒度应在 0.2 mm 以下，并达到空气干燥状态（将煤样放入盘中，摊成均匀的薄层，于温度不超过 50下干 燥。如连续干燥 1h 后，煤样的质量变化不超过 0.1%，即达到空气干燥状态）。试样应装在带 有严密玻璃塞的广口瓶内。称取试样时应先用药勺把试样充分搅拌均匀，然后取样。 、实实验验过过程程 1 空气干燥基水分（空气干燥基水分（Mad）的）的测测定定 空气干燥基水分的测定，因煤种不同其测定方法也有所差异，此处仅介绍用于仲裁分析 的通氮干燥法，它适用于烟煤、无烟煤和褐煤等所有煤种。 通氮干燥法水分（通氮干燥法水分（Mad） ）测测定要点、步定要点、步骤骤及及计计算公式：算公式： 称取一定量的空气干燥煤样，置于 105-110的干燥箱中，在干燥氮气流中干燥到质量 恒重。然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。 用预先干燥和已称量过的称量瓶（或瓷皿）称取粒度小于 0.2 mm 的空气干燥样 10.1g（称准到 0.0002 g）平摊在称量瓶中。 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到 105-110的干燥箱中。烟煤干燥 1.5h，褐煤和无烟煤干燥 2h 后（在称量瓶放入干燥箱前 10 min 开始通入氮气，氮气流量以每 小时换气 15 次为准）。 从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中冷却 23min，放入干燥器中冷却至 室温（约 20min）后称量。 进行检查性干燥,每次 30 min,直至连续两次干燥煤样质量的减少不超过 0.0010 g 或 质量增加为止。在后一种情况下,采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在 2.00%以下 时,不必进行检查性干燥。 工业分析空气干燥煤样的水分计算公式： Mad= 100 式中： Mad：空气干燥煤样的水分，单位为百分数（%）； m：称取空气干燥煤样的质量，单位为克（g）； m1：煤样干燥后失去的质量，单位为克（g）。 空气干燥基水分（空气干燥基水分（Mad）的快速）的快速测测定法（不适于仲裁分析）：定法（不适于仲裁分析）： 用干燥并已称量过的称量瓶（或瓷皿）称取粒度小于 0.2 mm 的空气干燥煤样 10.1g（称 准到 0.0002 g）平摊在称量瓶中。将装有试样的称量瓶（或瓷皿）打开盖，放入预先鼓风并加热 到 145 5的干燥箱中，在一直鼓风的条件下干燥 10min（褐煤干燥 1 小时）。从干燥箱中取 出称量瓶，立即盖上盖，在空气中冷却 23min，放入干燥器中冷至室温（约 20min）后称量。 根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。计算与常规测定法相同。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 13 页 共 32 页 13 2 空气干燥基灰分（空气干燥基灰分（Aad）的）的测测定定 缓缓慢灰化法灰分（慢灰化法灰分（Aad） ）测测定要点、步定要点、步骤骤、 、计计算公式：算公式： 煤中灰分的测定方法有：缓慢灰化法和快速灰化法。缓慢灰化法为仲裁法，其要点为称 取一定量的空气干燥煤样，放入马弗炉中，以一定的升温速率加热到（81510），灰化并灼 烧到质量恒定。以残留物质量占煤样质量的百分数作为煤样的灰分。 称取空气干燥基煤样（10.1）g，准确到 0.0002 g，放入预先灼烧到质量恒定的灰皿内， 轻轻摆动使煤样摊平在灰皿中。 将灰皿送入温度不超过 100的马弗炉恒温区（如与水分联测，则把测定水分后装有 试样的瓷皿放入马弗炉恒温区）。关上炉门并使炉门留有 15mm 左右的缝隙（或打开炉门上 的通风孔），在不少于 30 min 的时间内使炉温缓慢升至 500，在此温度下保持 30 min ，然 后继续升温到（81510），关闭炉门，并在此温度下灼烧 1h。 取出灰皿，放在石棉板上，在空气中冷却约 5min，移入干燥器中冷却到室温（约 20min）后称量。 进行检查性灼烧，每次约 20min，直至连续两次灼烧后质量变化不超过 0.001 g 为止。 最后一次灼烧后的质量作为计算依据。煤样灰分含量低于 15%时，可不进行检查性灼烧。 工业分析灰分测定计算计算公式： 煤样灼烧后残留物质量占灼烧前煤样质量的百分数即为空气干燥基煤样的灰分（g）。 空气干燥基煤样灰分的计算公式： Aad = 100 式中： Aad：空气干燥煤样的灰分，单位为百分数（%） m：称取空气干燥煤样的质量，单位为克（g）； m1：灼烧后残留物的质量，单位为克（g）。 快速灰化法灰分（快速灰化法灰分（Aad） ）测测定步定步骤骤： ： 称取空气干燥基煤样（10.1）g，准确到 0.0002 g，放入预先灼烧到质量恒定的灰皿内，轻 轻摆动使煤样摊平在灰皿中。把装有煤样的灰皿分三，四排放预先在瓷板上。然后将预先加 热到 850的箱形电炉的炉门打开。把放有灰皿的瓷板缓缓推进炉内。使第一排灰皿中的煤 样慢慢灰化。等 510 分钟后，煤样不在冒烟时，每分钟不大于 2 厘米的速度将二、三、四排 灰皿顺序推进炉中恒温区（若煤样发生着火爆炸，试验做废）。关闭炉门，使其在 81510的 温度下灼烧 40 分钟。 如遇检查时结果不稳定，应改用缓慢灰化法。其余均与缓慢灰化法相同。 3 空气干燥基空气干燥基挥发挥发分（分（Vad） ）测测定定 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 14 页 共 32 页 14 挥发挥发分分测测定要点、步定要点、步骤骤及及计计算公式：算公式： 称取一定量的空气干燥基煤样，放在带严密盖的挥发分坩埚中，在（90010）下隔绝空 气加热 7 min，以减少的质量占煤样质量的百分数，减去煤样的水分含量作为煤样空气干燥 基的挥发分。 称取空气干燥基煤样（10.1）g，准确到 0.0002 g，放入预先于 900灼烧到质量恒定 的带盖挥发分坩埚中，轻轻振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖，放在坩埚架上。（褐煤和长焰煤 应预先压饼，并切成约 3mm 的小快）。 将马弗炉预先加热到 920左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的架子送入恒温区，立 即关闭炉门，并计时，准确加热 7min。坩埚及架子放入后，要求炉温在 3min 内恢复至 （90010）。此后保持在（90010），否则此次实验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。 取出坩埚，放在空气中冷却约 5min，移入干燥器中冷至室温（约 20min）后称量。 空气干燥煤样的挥发分计算公式： Vad = 100 - Mad 式中： Vad：空气干燥煤样的挥发分，单位为百分数（%） m：空气干燥煤样的质量，单位为克（g）； m1：煤样加热后减少的质量，单位为克（g）。 Mad：空气干燥基煤样的水分，单位为百分数（%） 焦渣特性分焦渣特性分类类： ： 挥发分测定后，坩埚中残留物称焦渣，焦渣是灰和固定碳的结合物。通过对焦渣的观察， 可初步鉴定其特征。焦渣按以下规定划分： 粉状全部是粉末，没有互相粘着的颗粒。 粘着用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团快轻轻一碰即成粉末。 弱粘着用手指轻压即成小块。 不熔融粘性手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。 不膨胀熔融粘结焦渣形成扁平的快。煤粒的界限不易分清，焦渣上表面有明显银白 色金属光泽，下表面银白色光泽更加明显。 微膨胀熔融粘结用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表 面具有较小的膨胀泡（或小气泡）。 膨胀熔融粘结焦渣上下表面有银白色金属光泽，明显膨胀。但高度不超过 15mm。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 15 页 共 32 页 15 强膨胀熔融粘结焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度超过 15 mm。 为了简便起见，通常用上列序号作为各种焦渣特征的代号。 4 固定碳的固定碳的计计算算 空气干燥煤样的固定碳计算公式：Fcad = 100 -（Mad+ Aad+Vad） 式中： Fcad：空气干燥煤样的固定碳，单位为百分数（%） Mad：空气干燥煤样的水分，单位为百分数（%） Aad：空气干燥煤样的灰分，单位为百分数（%） Vad：空气干燥煤样的挥发分，单位为百分数（%） 、实实验验报报告告 煤的工煤的工业业分析分析实验报实验报告告 实验报告人 实 验日期 月 日 报告编写日期 月 日 一、实验目的 二、实验原理 三、实验简要步骤 四、实验记录与计算 空气干燥基煤的工空气干燥基煤的工业业分析分析实验记录实验记录与与计计算算 分析 项目 坩埚重量 G0 （g） 加样后重量 G1 （g） 煤样重量 m=G1-G0 （g） 加热后重量 G2 （g） 失去重量 m1=G1-G2 （g） 计 算 公 式 (%) 水分 Mad 挥发分 Vad 灰分 Aad 固定碳 FCad 、实实验验测测定定误误差差 %范围允许误差 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 16 页 共 32 页 16 水分 Mad 5.00 5.0010.00 10.00 0.20 0.30 0.40 灰分 Aad 15.00 15.0030.00 30.00 0.20 0.30 0.50 挥发分 Vad 20.00 20.0040.00 40.00 0.30 0.50 0.80 有测定项目都应用两份试样同时测定，如果测定结果的差值不超出允许误差时，则 取其算术平均值作为测定结果；否则，应进行第三次测定，取两次相差最小而又不超出允 许误差的结果平均后作为结果。如果第三次测定结果居于前两次结果的中间，而与前两 次结果的差值都不超出允许误差时，则取三次结果的平均值作为结果；如果三次测定结果 中任何两次结果的差值都超出允许误差，应舍弃全部测定结果，应检查仪器和操作，然后 重新进行测定。 凡需要根据水分测定结果进行校正或换算的分析试验最好和水分测定同时进行；否 则，两者的测定时间相距也不应超过五天。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 17 页 共 32 页 17 实实验验五五 煤煤的的发发热热量量测测定定 、实实验验目目的的 煤的发热量测定是锅炉耗煤量热平衡和热效率等计算的依据，是供热用煤、煤质分析的 指标。本实验通过使用氧弹式热量计测量发热量的方法，使学生掌握发热量的测量原理及方 法。 、实实验验原原理理 煤的发热量是在氧弹热量计中测定的，取一定量的分析试样放于充有过量氧气的氧弹 热量计中完全燃烧，氧弹筒浸没在盛有一定量水的容器中。煤样燃烧后放出的热量使氧弹热 量计量热系统的温度升高，测定水温度的升高值即可计算氧弹弹筒发热量 QDT（兆焦/千克）。 MJ/kg 高位发热量即由弹筒发热量减掉硝酸和硫酸校正热得到的发热量。 低位发热量即由高位发热量减去水的气化热后得到的发热量。 热容量 K：量热系统在试验条件下，温度上升 1时所需要的热量称为热量计的热容量 或水当量 K。以 KJ/表示，它可由标定方法确定，即将已知发热量的苯甲酸燃料放于氧弹筒 内完全燃烧，测定水的温升，求出 K 值。 、实实验验仪仪器器 1 恒温式热量计包括以下主件： 热量计：通用的热量计有恒温式和绝热式两种。下面只介绍使用广泛的恒温热量计 氧弹：由耐热，耐腐蚀的镍铬或镍铬钼合金钢制成，需要具备三个主要性能： a、不受燃烧过程中出现的高温和腐蚀性产物的影响而产生热效应；b、能承受充氧压力和燃 烧过程中产生的瞬时高压；C、验过程中能保持完全气密。 氧弹容积为 250300ml，弹盖上应有供充氧和排气的阀门以及点火电源的接线电极。 新氧弹和新换部件的氧弹应经 20.0MPa 的水压试验后方能使用。每次水压试验后，使用期不 超过 2 年。 内筒：用紫铜、黄铜或不锈钢制成，断面可为圆形，菱形或其他适当形状。筒内装水 20003000ml，以能浸没氧弹（进、出气阀和电极除外）为准。内筒外面应电镀抛光，以减少 与外筒间的辐射作用。 外筒：为金属制成的双壁容器，并有上盖。外壁为圆形，内壁形状则依内筒的形状而 定；原则上要保持两者之间有 1012mm 的间距，外筒底部有绝缘支架，以便防止内筒。外筒 内层必须电镀抛光，以减少辐射作用。顶盖和底面有一层反射能力很强的镀铬衬板，以防止 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 18 页 共 32 页 18 热量向外散失。盛满水的外筒的热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。外筒外面可加绝缘保护层，以减少室温波动的影响。 搅拌器：螺旋桨式，转速以 400600r/min 为宜，并应保持稳定，搅拌效率应能使热能 量标定中由点火到终点的时间不超过 10min，同时又要避免产生过多的搅拌热（当内外筒温 度和室温一致时，连续搅拌 10min 所产生的热量不应超过 120J）。 量热温度计：内筒温度测量误差是发热量测定误差的主要来源。对温度计的正确使用， 具有特别重要意义。常用的玻璃水银量热温度计有两种：一是固定测温范围的精密温度计， 二是可变测温范围的贝克曼温度计。两者的最小分度值应为 0.01k ，使用时应根据计量机关 检定证书中的修正值做必要的校正。两种温度计都应进行刻度修正（对贝克曼温度计称为孔 径修正）。贝克曼温度计还有一个称为“平均分度值”的修正值。 普通温度计：供测定外筒水温和量热温度计（贝克曼温度计）的露出柱温度的普通温 度计，它的分度为 0.2，量程为 050。 2 热量计的附件有： 温度计读数放大镜和照明灯：为了使温度读数能估计到 0.001K ，需要一个大约 5 倍 的放大镜。通常把放大镜装在一个镜筒中，筒的后部装有照明灯，用以照明温度计的刻度。 镜筒借适当装置可沿垂直方向上 下移动，以便跟踪观察温度计中水银柱的位置。 振荡器：电动振荡器，用以在读取温度前振荡温度计，以克服水银柱和毛细管间的附 着力。 燃烧皿：铂制品最理想，一般可用镍铬钢制品。其规格可采用高 1718mm，上部直 径为 2526mm；底部直径为 1920mm；厚度为 0.5mm。其他合金钢或石英制的燃烧皿也可 使用。但以能保证试样燃烧完全而本身不受腐蚀和产生热效应为原则。 压力表和氧气导管：压力表由两个表头组成，一个指示氧气瓶中的压力，另一个指示 充氧时氧弹内的压力。压力表通过内径 12mm 的无缝钢管与氧弹连接，以便导入氧气。 点火装置：点火采用 1224V 的电源，可由 220V 交流电源经变压器供给。线路中应 串联一个调节电压的变阻器和一个指示点火情况的指示灯和电流计。 点火电压应预先试验确定。其方法是：接好点火丝，在空气中通电试验。采用熔断式点 火时，调节电压使点火丝在 12S 钟内达到亮红；在采用棉线点火时，调节电压使点火丝在 45S 钟内达到暗红。上述电压和时间确定后，应准确测出电压 电流和通电时间，以便据以 计算电能产生的热量。 如采用棉线点火时，则在遮火罩以上的两电极柱间连接一段直径约 0.3mm 的镍铬丝， 丝的中部预先绕成螺旋形 直径为 23mm，共 35 圈，以便发热集中。在螺旋中穿接一段已 知重量的棉线（即棉线的一端夹在螺旋中），另一端通过遮火罩中心的小孔（直径 12mm）， 搭接在试样上，根据试样的点火难易，调节棉线的搭接长度。当有电流通过时，镍铬丝被烧 成赤红，引烧棉线和煤样。 压饼机：螺旋式或杠杆式压饼机，能压制直径约 10mm 的煤饼或苯甲酸饼。 秒表或其他能指示 10S 的计时。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 19 页 共 32 页 19 天平：分析天平，精确到 0.0002g。 工业天平：载重量 45Kg，精确到 1g。 、实实验验试试剂剂和和材材料料 氧 气：不含可燃成分，因此不允许使用电解氧。 苯甲酸：经计量机关检定并标明热值的苯甲酸（标定水当量用）。 氢氧化钠溶液: 0.1mol/L。 甲基红指示剂:0.2g/L(称取 0.2g 甲基红溶解在 100ml 水中) 点火丝：直径约 0.1mm 的铂、铜、镍丝或其他用已知热值的金属丝，如使用棉线，则应选 用粗细均匀，不涂蜡的白棉线。 各种点火丝的热值为：镍铬丝6000J/g；铜丝2500 J/g； 铁丝6700 J/g； 棉线17500 J/g。 石棉纸或石棉绒：使用前在 800 灼烧 30min。 擦镜纸：使用前先测出燃烧热值。其方法：抽取 34 张纸，团紧，称准重量，放入燃烧皿 中，然后按常规方法测定发热量。取三次结果的平均值作为标定值。 、实实验验步步骤骤 1、在燃烧皿中精确称量分析煤样,粒度0.2mm,10.1g（称准到 0.0002g）。 对燃烧时易于飞溅的试样，可先用已知质量的擦镜纸包紧，或在压饼机中压饼并切成 24mm 的小块使用。对不易燃烧完全的试样，可先在燃烧皿底部铺上一个石棉纸垫或用石 棉绒做衬垫。如加衬垫后仍燃烧不完全，可提高充氧压力至 3.2Mpa，或用已知质量和热量的 擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧1，然后放入燃烧皿中。 2、取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在两个电极柱上。再把盛有试样的燃烧皿放 在支架上，调节下垂的点火丝与试样接触（难点燃的无烟煤）或保持微小距离（易燃或易飞溅 的煤），注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路而导致点火失败，甚至烧毁燃烧皿。同时 还应注意，防止两电极间以及燃烧皿同另一电极之间的短路。 3、往氧弹中加入 10ml 蒸馏水，以溶解氮和硫所形成的硝酸和硫酸，小心拧紧弹盖，注意 避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变。 4、接上氧气导管，往氧弹中缓缓地充入氧气，直到压力达到 2.83.0MPa 帕。充氧时间 不得少于 15s，当钢瓶中氧气压力降到 5.0MPa 以下时，充氧时间应酌量延长。压力降到 4.0MPa 以下时，须更换氧气瓶。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 20 页 共 32 页 20 5、往内筒中加入定量的蒸馏水，使氧弹盖的顶面（不包括突出的氧气阀和电极）淹没在水 面下 1020mm。要特别注意每次试验的用水量应与标定热容量时一致，误差1g。 水量最好用称重法测定。如用容量法，则需对温度变化进行补正。每次试验开始时，要 注意恰当的调节内筒水温（一般应使内筒水温稍低于外筒水温），使试验终点时内筒温度比 外筒温度约高 1K ，以使终点时内筒温度出现明显下降。外筒水温应尽量接近室温，相差不 得超过 1.5K 。因外筒终点时过大的温差，将导致过大的冷却校正，从而引起误差。 6、把氧弹小心地放入内筒中，观察 3040s，以检查氧弹的气密性，如氧弹中无气泡漏出， 则表明气密性良好，则可把内筒放在外筒的绝缘支架上；如有气泡出现，则表示氧弹漏气，应 找出原因，加以纠正，重新充氧。然后接上点火线，装上搅拌器和量热温度计（内筒贝克曼温 度，外筒普通温度计），并盖上外筒的盖子。温度计的水银球对准氧弹主体（进、出气阀和电 极除外）的中部，温度计和搅拌器均不得接触氧弹和内筒。靠近量热温度计的露出水银计的 部件，应另悬一支普通温度计，用以测定露出柱的温度（切忌不要以室温代替此温度）。 7、开动搅拌机，3min 后测出贝克曼温度计的基点温度2（若已测得基点温度可略此步）； 5min 后开始计时和读取内筒温度（t0）并立即通电点火。随后记下外筒温度（t1）和露出柱温度 （te）。外筒温度至少读到 0.05K ，内筒温度借助放大镜读到 0.001K 。读取温度时，视线、放大 镜中线和水银柱顶端应位于同一水平线上，以避免视差对读数的影响。每次读数前，应开动 搅拌器振动 35s。以消除温度计的水银柱运动时由于与管壁摩擦产生的温度滞后现象。 8、观察内筒温度。通电点火后，如在 30s 内温度急剧上升，则表明点火成功。经过 后读取一次内筒温度（ ），只读准到 0.01K 即可。 9、接近终点时，开始按 1min 间隔读取内筒温度并记下读数。读取温度前仍要开动振荡 器，并要读到 0.001K。以第一个下降温度作为终点温度（tn）。实验主要阶段至此为止3。 10、停止搅拌。取出内筒和氧弹，开启放气阀，放出燃烧废气4，打开氧弹，仔细观察弹筒 和燃烧皿内部，如有试样燃烧不完全的迹象或有碳黑存在，试验应作废。 11、找出未燃完的点火丝，并量出长度，以便计算实际消耗量。用蒸馏水充分冲洗弹内各 部分、放气阀，燃烧皿内外和燃烧残渣。把全部洗液（共约 100ml）收集在一个烧杯中供测硫 使用。 ：用一张擦镜纸（一般重约 0.10.15g，面积 10 15cm2）折为两层，把试样放在纸上 摊平，然后包严压紧。对特别难燃的试样，也可用两张擦镜纸，并把充氧压力提高到 3.4MPa。 ：贝克曼温度计的基点温度，是指贝克曼温度计最下刻度所代表的温度称为基点温度。 基点温度实质上是表示水银球中水银量的一种方法。因贝克曼温度计是一种可变测温范围 的温度计，其量程虽只有 5或 6，但因水银球中水银量是可变的（切断一段移存在毛细管 顶部的一个 U 形储槽中），因此它可以测量10120范围的任何温度变化的温升或温 降，而不适合测量绝对温度。用于不同测温范围时，须调节水银球中的水银量（调节方法见后 文）。例如测温范围在 2124 之间，则可调节水银量使温度计放入 20的水浴中时（该 温度是普通温度计测得的），水银柱顶点指在温度计的最下刻度（通常为 0），则 20即是 贝克曼温度计在测量 2124温度范围内的基点温度。 ：一般热量计由点火到终点的时间约为 810min。对一台具体热量计而言，可根据以 往经验恰当掌握。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 21 页 共 32 页 21 ：在需要用弹筒洗液测硫的情况下，要缓缓放气（放气时间不少于 1min），并加水稀释 的适量氢氧化钠标准溶液（约 2ml）吸收放出的气体。 、实实验验结结果果计计算算 1 校正校正 温度温度计计刻度校正刻度校正：根据检定证书中所给的孔径修正值校正点火温度 t0和终点温度 tn，再由校正后的温度（t0+h0）和（tn+hn）求出温升，其中 h0和 hn分别代表 t0和 tn的孔径修正值。 贝贝克克曼曼温温度度计计平平均均分分度度值值的的校校正正：调定基点温度后，应根据检定证书中所给的平均分 度值计算该基点温度下的对应于标准露出柱温度（根据检定证书中所给的露出柱温度计算而得） 的平均分度值 H0。 式中：H0-该基点温度下对应于标准露出柱温度时的平均分度值； ts该基点温度所对应的标准露出柱温度， ； te -发热量测定中实际露出柱温度， ； 0.00016水银对玻璃的相对膨胀系数。 冷却校正冷却校正：恒温式热量计的内筒在试验过程中与外筒间始终发生热交换，对此散失 的热量应与校正，办法是在温升中加上一个校正值 C，这个校正值称为且冷却校正值，计算 方法如下：首先根据点火时和终点时的内外筒温差（t0-tj） 和（tn-tj）从 v（t-tj）关系曲线中查出 相应的 v 0和 vn，或根据预先标定出的下列式子中计算出 v 0和 vn。 v0= K（t0-tj）+A ； vn= K（tn-tj）+A 式中：v0：在点火时的内外筒温差的影响下造成的内筒降温速度，K/min vn：在终点时的内，外筒温差的影响下造成的内筒降温速度，K/min K：热量计的冷却常数； A：热量计的综合常数； t0：点火时的内筒温度； tn：终点时的内筒温度； tj：外筒温度。 然后按下式计算冷却校正值： 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 22 页 共 32 页 22 式中：C：冷却校正值，K； n：由点火到终点的时间，min ； a：当 / 时，a = ； 当 时，a= ； 其中 为主期内总温升 = , 为点火后 时的温升。 在自动量热仪中，或在特殊需要的情况下，可使用瑞方公式： 式中： 主期内第 min 时的温度；其余符号，意义同前。 使用瑞方公式，在操作步骤上要求点火后每分钟读温一次，直至终点。 点点火火丝丝热热量量校校正正：在熔断式点火法中，应由点火丝的实际消耗量（原用量减去残余量）和 点火丝的燃烧值计算试验中点火丝放出的热量。 在棉线点火法中，首先计算出所用一根棉线的燃烧热，（剪下一定数量适当长度的棉线，称出 它们的质量，然后算出一根棉线的质量，再乘以棉线的单位热值），然后确定每次消耗的电热 能。 电能产生的热量（J）电流（A）电压（V）和时间（S）。 二者放出的总热量即为点火热。 2 恒温式恒温式热热量量计计的的发热发热量的量的计计算算 弹弹筒筒发热发热量按下式量按下式计计算算： 式中：Qb，ad分析煤样的弹筒发热量，J/g； E热量计的热容量（水当量），J/K ； q1点火丝产生的热量，J； q2添加物产生的热量，J； m试样的重量，； H贝克曼温度计校正后的平均分度值； 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 23 页 共 32 页 23 高位高位发热发热量量计计算公式算公式： 式中： 分析试样的高位发热量，J/g； 分析试样的弹筒发热量，J/g ； 由弹筒洗液测得的煤的含硫量%，当全硫含量低于 4%时或发热量大于 14.60MJ/kg 时， 可用全硫或可燃硫代替 。 941煤中每 1%硫的校正值，J； 硝酸校正系数：当 ； 当 16.70 ; 当 加助燃剂后，应按总释热量考虑。 在需要用弹筒洗液测定 Sb,ad的情况下，把洗液煮沸 12min，取下稍冷后，以甲基红（或 相应的混合指示剂）为指示剂 ，用氢氧化钠标准溶液滴定，以求出洗液中的总酸量,然后按下 式计算出 Sb,ad(%)： 式中：c氢氧化钠溶液的物质的量浓度，约为 0.1mol/L; V滴定用去的氢氧化钠溶液的体积，mL; 60相当于 1mmol 硝酸的生成热，J。 恒容低位恒容低位发热发热量的量的计计算算 工业上多依收到基煤的低位发热量进行计算和设计。收到基的恒容低位发热量的计算 方法为： 式中 收到基煤的低位发热量，J/g; 分析试样的高位发热量，J/g; 收到基全水分， % 分析试样的水分，%； 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 24 页 共 32 页 24 分析试样的氢含量，%。 恒恒压压低位低位发热发热量的量的计计算算 由弹筒发热量算出的高位发热量和低位发热量都属恒容状态，在实际工业燃烧中则是 恒压状态，严格的讲，工业计算中应使用恒压低位发热量，如有必要，恒压低位发热量可按 下式计算： 式中 分析试样的高位发热量，J/g; 收到基全水分，%； 分析试样的水分，%； 分析试样的氢含量，%； 分析试样的氧含量，%； 各种不同基的煤的各种不同基的煤的发热发热量量换换算算 各种不同基的煤的发热量（低位发热量除外）按下列公式互换计算： 式中： 弹筒发热量或高位发热量，J/g 收到基全水分，%; 分析试样的水分，%； 分析试样的灰分，%； 分析试样的碳酸盐二氧化碳含量，%，不足 2%可忽略不计。 分别代表收到基，空气干燥基，干基和干燥无灰基。 、注注意意事事项项 实验室应设在单独房间，不得在同一实验室进行其他试验项目。 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专 业 专 业 实 验 指 导 书 第 25 页 共 32 页 25 室温应尽量保持恒定，每次测定时，室温变化不应超过 1 ，冬夏季室温以不超出 1535 的范围为宜。室内应无强烈的空气对流，因此不应有强烈的热源和风扇等，试验过程中应避 免开启门窗。试验室最好朝北，以避免阳光照射，否则热量计应放在不受阳光直射的地方。 、自自动动量量热热仪仪的的使使用用： ： 自动量热仪一般是根据经典原理设计的。测试精度和准确度符合要求，就可以使用。 自动量热仪操作步骤： 1、 打开自动量热仪及其控制计算机电源。 2、 打开自动量热仪的操作控制软件，调节温度平衡，在系统设置内设置实验显示的参 数。 3、 在燃烧皿中精确称量分析煤样,粒度0.2mm,10.1g（称准到 0.0002g）。 4、 取固定质量的点火丝，把两端分别接在氧弹上盖的两个电极柱上。再把盛有试样的 燃烧皿放在支架上，调节下垂的点火丝与试样接触或保持微小距离。注意勿使点火 丝接触燃烧皿，以免短路。 5、 往氧弹中加入 10ml 蒸馏水，以溶解氮和硫所形成的硝酸和硫酸，小心拧紧弹盖。 6、 接上氧气导管，往氧弹中缓缓地充入氧气，直到压力达到 2.83.0MPa 帕。充氧时间 不得少于 30s。 7、 把氧弹小心地放入内筒中