烟煤弹筒发热量的测定

烟煤弹筒发热量的测定 煤炭发热量的测定实验目的掌握煤炭发热量的测定原理，学习利用恒温式热量计测定煤炭发热量的方法与步骤，熟练掌握各项校正方法。实验原理称取一定样的煤样放入氧弹。氧弹充人氧气后浸没在盛水的内筒中，点火使煤样完全燃烧，根据氧弹周围的水温升高值，计算煤的发热量。实际上煤样燃烧释放的热量，不仅使内筒水温升高，还使氧弹本身，内筒、插入内筒的搅拌器和温度计等组成的热量系统吸热升温，此外，恒温式热量计的内外筒之间还存在热交换。因此，必须经过一定量的校正后，方可计算出煤样在氧弹中燃烧所放出的热量。仪器设备和试剂热量计：恒温式热量计包括以下主件和附件。eq\o\ac(○,1)氧弹：由耐热耐腐蚀的镍铬或镍铬合金钢制成。eq\o\ac(○,2)内筒：紫铜黄铜或不锈钢制成。内筒盛水2000～3000ml，能浸没氧弹（进出气阀和点火电极除外）为准。内筒外表面应该电镀抛光，以减少内外筒之间的辐射传热。eq\o\ac(○,3)外筒：为金属制成的双壁容器，装有盖。外筒底部设有绝缘支架，以便放置内筒。eq\o\ac(○,4)搅拌器：螺旋桨式，转速以400～600r/min为宜，搅拌率应使在热容量标定时，由点火倒终点的时间不超过10min,同时又要避免过多的搅拌热（当内、外筒和室温保持一致时，连续搅拌10min钟，所产生的热量不应超过120J）。温度计：精密温度计或贝克曼温度计，分度值均为0.01°C温度计读数放大镜和照明灯：为了使温度计读数能估计到0.001C，需要一个大约5倍的放大镜。通常放大镜装在镜筒中，筒的后部装照明灯，可以照明温度计的刻度。镜筒可沿垂直方向向上、下移动，可以观测温度计水银柱的位置。振荡器：电动振荡器，用于在读取温度前震荡温度计，以克服水银柱和毛细管间的附着力。如无此装置，也可用套有较胶皮管的玻璃棒等敲击温度计。 在非熔断式点火情况吸下用棉线点火时，把已知质量的棉线的一端固定在点火导线上，；另一端搭在式样上。（3）将10mL蒸馏水注入氧弹，小心拧紧氧弹盖，接上氧气导管，开始充氧，直到氧弹压力达2.6~2.8MPa。充氧时间不得超过30s。当钢瓶氧压力降至5.0MPa以下时，充氧时间可酌量延长；降至4.0MPa以下时应更换氧气。（4）向内筒加入一定量的蒸馏水（应与热容量标定时内筒水量相同，相差不大于0.5g），须使氧弹盖的顶面（不包括突出的氧气阀和电极）淹没在水面以下10~20mm。内筒中加入的水量最好用称量法确定。若采用容量法，则需对温度进行补正。注意恰当调节内筒水温，使终点时内筒温度比外筒高约1K，使至终点时内筒温度出现明显下降。外筒温度应尽量接近室温，相差不得超过1.5K。（5）将氧弹放入已加水的内筒，若氧弹内无气泡逸出，表明气密性良好，即可将内筒放置在外筒的绝缘架上；如果有气泡出现，则表明漏气，应查明原因，加以纠正，重新充氧。接上点火电极插头，装上搅拌器和温度计，盖上外筒盖。温度计的水银球应对准杨弹主体（进出气阀和电极除外）的中部。温度计不得接触氧弹和内筒。在靠近温度计的露出水银柱的部位另悬一支普通温度计，用以测定露出柱温度。（6）开动搅拌器，5min后开始计时和读取内筒温度（t0）并立即点火。同时记下外筒温度（tj）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。每次读数前，应开启振动器振动3~5s。（7）观察内筒温度（注意在点火后20s不得将身体任何部位靠近热量计上方），如在30s内温度急剧上升，表明点火成功。点火后1min40s时读取一次内筒温度（t1ˊ40＂），读准到0.01K。（8）接近终点时（一般点火到终点时间为8~10min）每个1min读取一次内筒温度。读数前开启振荡器，并读准到0.001K。以第一个下降温度作为终点温度（tn）。实验主要阶段到此结束。（9）停止搅拌，取出内筒和氧弹，开启氧弹上的放气阀，放出燃烧废气。打开氧弹，仔细观察氧弹和燃烧皿内部，如发现试样燃烧不完全的迹象或有炭黑存在，则实验应作废。（10）金属丝点火时，找出未烧完全的点火丝，量出长度，并计算实际消耗量。（11）需要时用蒸馏水充分冲洗氧弹内各部分、放氧阀、燃烧皿内外和燃烧残渣。将全部洗液（约100mL）收集在烧杯中，供测定弹筒洗液硫量之用。五、实验记录和结果计算1、实验记录表：煤炭发热量的测定煤样编号热容量/ET0/℃Mad/%煤样质量/g常数KT1ˊ40＂℃Aad/%露出柱温度/℃常数Atn/℃Qb,ad/j.g-1基点温度/℃nSt,ad/%Qgr,ad/j.g-1点火时外筒温度/℃NaOH标液浓度/mol•L-1NaOH溶液耗量/mLSb,ad=时间/min内筒温度/℃时间/min内筒温度/℃时间/min内筒温度/℃时间/min内筒温度/℃03691min40s471025811测定人：审定人：2、结果计算（1）校正：eq\o\ac(○,1)温度计刻度校正：根据鉴定证书中所给的修正值（时用贝克曼温度计时称为毛细孔径修正值）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的刻度修正值。eq\o\ac(○,2)贝克曼温度计平均分度值的校正：平均分度值就是温度计刻度改变1K（作毛细孔径修正后）时，代表的实际温度的改变数。当贝克曼温度计的基点温度改变时，水银球及其相连的毛细管中的水银量随之改变，所以分度值也随之改变。另外，温度计浸没深度和露出柱水银所处的温度不同，分度值也有所改变。因此，必须对分度值进行校正。在热容量标定和发热量测定中，温度计的浸没深度与检定时可能不同，但在标定热容量和测煤的发热量时，温度计的浸没深度是一致的，对分度值的影响可以互相抵消，不必校正。基点温度变化和露出柱温度变化对贝克曼温度计分度值的影响按下式计算：H=H0+0.00016（ts-te）式中H——平均分度值；H0——基点温度下对应于标准露出柱温度的平均分度值（由测定证书中查得），成为标准分度值；ts——基点温度对应的标准露出柱温度（由测定证书中查得），℃；te——实验中的实际露出柱温度，℃；0.00016——水银对玻璃的相对膨胀系数。平均分度值计算示例：某贝克曼温度计测定证书给出平均分度值如下：基点温度/℃标准露出柱温度/℃校准平均分度值0160.99010180.99520200.99930221.003………已知某次测定中，基点温度为22.22℃，露出柱温度为24.20解：查平均分度值表，没有基点温度为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则H=H0+0.00016（ts-te）=0.9999+0.00016(20.44-24.20)=0.9993eq\o\ac(○,3)冷却校正：在实验过程中，恒温式热量计的内、外筒之间始终存在着热交换，对此热量应予以矫正。方法是将内筒水的温升加上校正值C，C称为冷却校正值。C=（n-a）vn+av0式中C——冷却校正值，K；n——由点火到终点的时间，min；a——当Δ/Δ1＇40＂≤1.20时，a=Δ/Δ1＇40＂—0.10；当Δ/Δ1＇40＂＞1.20时，a=Δ/Δ1＇40＂；Δ——总温升，Δ＝ｔｎ－ｔ０，Ｋ；Δ1＇40＂——点火后１min40s时的温升，Δ1＇40＂=t1＇40＂-t0,K;tn=——终点时内筒温度，℃；t0——点火时内筒温度，℃；t1＇40——点火后1min40s时内筒温度，℃；v0——点火时内筒降温速度，K/min；vn——终点时内筒降温速度，K/min；其中v0=K(t0-tj)+Avn=K(t0-tj)+AK——热量计的冷却常数，A热量计的综合常数，K/min；tj——外筒温度（若内筒温度采用贝克曼温度计测定，tj指外筒实际温度减去基点温度，下同）。eq\o\ac(○,4)点火热量的校正点火热包括点火电能热和点火丝燃烧热。点火电能热（J）=电压(V)×电流(A)×时间(s)在熔断式点火法中，点火丝燃烧热应由实际消耗量计算；在棉线点火法中，要预先测定1根棉线的燃烧热（可将棉线裁成长度相等的短线，取其中几根，按煤的发热量步骤测定，求出每根棉线的热值）。(2)发热量的计算：eq\o\ac(○,1)弹筒发热量的计算：Qb,ad={E·H·[(tn+hn)-(t0+h0)+C]-(q1+q2)}/m式中Qb,ad——空气干燥基弹筒发热量，J/g；E——热量计的热容量，J/℃；q1——点火热（点火电能热和点火丝燃烧热之和），J；q2——添加物（如包纸等）产生的热，J；m——煤样的质量，g；其余符号同前。eq\o\ac(○,2)高位发热量的计算：Qgr,v,ad=Qb,a-（94.1Sb,ad+a·Qb,ad）式中Qgr,v,ad——空气干燥基恒容高位发热量，J/g；Sb,ad=弹筒洗液中硫占试验煤样的的百分比，%；a——硝酸生成热校正系数，当Qb,ad≤16.7kj/g，a=0.0010,当Qb,ad＞25.10kj/g,a=0.0016,当16.7kj/g＜Qb,ad≤25.10kj/g,a=0.0012,加助燃剂时，应按总释热计；94.1——煤样中每1%硫生成硫酸的热校正值，j/g。在需要用弹筒洗液硫的情况下，将洗液煮沸1~2min,取下稍冷，以甲基红作指试剂，用NaOH标准溶液进行滴定，求出洗液中总酸量，按下式求Sb,ad。Sb,ad=（c·V/m-aQb,ad/59.8）×1.6式中c——氢氧化钠标液的浓度，mol/L；V——氢氧化钠标液耗量，mL；59.8——1mmol硝酸的生成量，g；1.6——换算为硫的系数。（3）发热流量测定结果的表达：弹筒发热量和高位发热量的结果计算至1J/g。取高位发热量的的两次重复测定的平均值，按数字修约至最接近10J/g的倍数，以kJ/g的形式报出。六、精密度高位发热量同一化验室重复性限Qgr,v,ad/J·g-1不同化验室再现性临界Qgr,v,ad/J·g-1120300七、仪器常数和热容量的标定：仪器常数K和A、热容量E，通过同一实验进行标定。方法如下（1）在不加衬垫的燃烧皿中称取经过干燥并压成饼的苯甲酸0.9~1.1g（准至0.0002g）。苯甲酸应预先研细，在盛有浓硫酸的干燥器中干燥3d或在60~70℃（2）按照发热量测定步骤准备氧弹和内、外筒。搅拌5min后准确读取一次内筒温度（T0），经10min再读取一次内筒温度（t0），然后按发热量测定步骤点火，记下外筒温度（tj）和露出柱温度（te），延续到终点温度（tn），然后再继续搅拌10min并记下内筒温度（Tn），实验即结束。注意检测氧弹，如有炭黑，实验应予作废。（3）K和A的计算：根据所测得数据，按下面的方程组求解K和A（T0-TN）/10=K[(T0+t0)/2-tj]+A(tn-Tn)/10=K[(Tn+tn)/2-tj]+AK和A应取不少于5次测值的平均值。热容量E的计算E=(Q·m+q1+qn)/H[(tn+hn)-(t0+h0)+C]式中Q——苯甲酸的热值m——苯甲酸的质量qn——硝酸的生成热，qn=Q·m·0.0015，J；C——冷却校正值，K；其余符号同前。热容量的标定应进行5次重复试验，计算5次重复测值的平均值和相对标准差（计算方法见附录），其相对标准差应小于0.20%‘；若超过，补做一次实验，取符合要求的5次结果的平均值，修约至1J/K作为热容量。如还不能满足要求，表明仪器有故障，应排除故障后，重新标定热容量。热容量标定后的有效期为3个月，过期需复查。如果中途更换贝克曼温度计、弹筒盖等大部件，应重新标