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。燃烧皿：鉑制品或镍铬钢制品。规格为高17mm，上部直径为25～26mm，底部直径为19～20mm，厚0.5mm。由其他合金钢或石英制的燃烧皿也可以使用，但必须保证试样燃烧完全，而本身又不受腐蚀和产生热效应为原则。压力表和氧气导管：压力表应由两个表头组成，一个指示氧气瓶中的压力，另一个指示充氧时氧弹的压力。表头上应装设减压阀和保险阀。压力表每年至少经计量机关检定一次，以确保指示正确和操作安全。点火装置：点火采用12～24伏的电源。点火电压应预先实验确定。其方法是：接好点火线，在空气中通电实验。熔断法点火时，调节电压使点火丝在1-2s内达到暗红，电压调节好后，实验时应准确测定电压、电流和通电时间，以便计算电能产生的热量；若采用棉线点火，在遮火罩以上的两电极柱间连接一段直径为0.3mm的镍铬丝，丝的中部预先绕成螺旋状，以便发热集中，调节电压使发热丝在4～5秒内达到暗红，使用时棉线一端夹在螺旋中，另一端通过遮火罩上的小孔搭接在试样上。压饼机：螺旋式压饼机和杠杆式压饼机，能压制直径10mm的煤饼或饼甲酸饼。模具和压杆应为硬质钢制成，表面光洁，易于擦拭。秒表分析天平：感量0.1mg。工业天平：最大称量4～5kg，感量0.5g。氧气：至少99.5%的纯度，不含可燃成分，因此不许使用电解氧，苯甲酸：经计量机关检定并标明热值的基准量热物质。使用前应在40～50C的温度下烘烤3～4h.点火丝：直径0.1mm左右的铁铜镍铬丝或其他已知热值的金属丝。若使用棉线，则应选用粗细均匀不涂蜡的白棉线。各种点火丝的燃烧热如下：铁丝 6700j/g镍铬丝 6000j/g铜丝 2599j/g棉线 17500j/g (15)酸洗石棉绒：使用前在800C下灼烧30min。（16）擦镜纸：使用前先测定其燃烧热，方法是将3～4张擦镜纸，用手团紧，精确称量，放入燃烧皿，按常规方法测量其发热量。取两次结果的平均值作为标定值。四、实验步骤（1）在燃烧皿中称取粒度小于0.2mm的一般分析实验煤样0.9～1.1g（准至0.0002g）。对于燃烧时易飞溅的的试样，可用已知质量和发热量的的擦拭纸包紧，或在压饼机中压成饼并切成2～4mm的小块使用。不易燃烧完全的试样，可以在燃烧皿的底铺上一个石棉垫圈，或用石棉绒做衬垫。若用石英燃烧皿则不需任何衬垫。如果加衬垫后仍然燃烧不完全，可提高充氧压力至3.0～3.2mpa，或用已知质量的和发热量的的擦镜纸包裹试样并用手压紧，放入燃烧皿。（2）取一段已知质量的点火丝，将两端分别接在两个电极柱上，注意与式样保持良好接触或微小距离（对飞溅和易燃煤样）。切勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路致使点火时失败，甚至烧毁燃烧皿。同时还应防止两极间及燃烧皿与另一电极间的短路。 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。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，应重新标定热容量。八、注意事项（1）充氧和放气应缓慢进行。充氧时间可不应少于30s，放气时间不应少于60s。（2）金属点火丝不得与燃烧皿接