煤的发热量测定方法SD321-89

1中华人民共和国能源部标准中华人民共和国能源部标准 SD321SD3218989 煤的发热量测定方法煤的发热量测定方法 中华人民共和国能源部中华人民共和国能源部1989-3-27发布发布 1989-10-01实施实施 2本标准规定了煤的高位发热量的测定方法和低位发热量的计算方法，适用于 泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤和炭质页岩的发热量的测定。 1 1 定义 1.11.1 热量单位 热量的单位为焦耳 ，单位符号为J。 1J焦(耳)=1N·m(牛顿·米)=107erg(尔格)。 我国过去惯用的热量单位为20cal(卡)，简称卡，现已废除。 1cal(卡)(20)=4.1816J焦(耳) 1.21.2 发热量的表示方法 发热量测定结果以J/g(焦/克)或MJ/kg(兆焦/千克)表示。 1.2.11.2.1 弹筒发热量 在氧弹中，有过剩氧的条件下氧气初始压力2.63.0MPa(2630at) ，燃 烧单位质量的煤样所产生的热量称为弹筒发热量。燃烧产物为二氧化碳、硫 酸、硝酸、呈液态的水和固态的灰。 终点温度每升高1K(开)，煤和苯甲酸的燃烧热约降低0.41.3J/g。当按规 定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全 抵销，而无需加以考虑。 注：任何物质(包括煤)的燃烧热都是随燃烧产物的最终温度而改变的，其温度 越高，燃烧热越低。因此，一个严密的发热量定义，应对燃烧产物的终点温度有 所规定。 但在实际测定发热量时，由于具体条件的限制，把终点温度限定在一个 特定的温度或一个很窄的温度范围内都是不现实的。 1.2.21.2.2 恒容高位发热量 煤在工业装置的实际燃烧中，硫只生成二氧化硫，氮则生成游离氮，这是同 氧弹中的情况所不同的。由弹筒发热量减去稀硫酸生成热和二氧化硫生成热之差 以及稀硝酸的生成热，得出的就是高位发热量。因为弹筒发热量的测定是在恒定 容积(即弹筒的容积)下进行的，由此算3出的高位发热量，也称恒容高位发热量，它 比工业上的恒压(即大气压力)状态下的发热量约低816J/g，一般可忽略不计。 1.2.31.2.3 恒容低位发热量 工业燃烧与氧弹中燃烧的另一个不同条件是：在前一情况下全部水(包括燃烧 生成的水和煤中原有的水)呈蒸汽状态随燃烧废气排出，在后一情况下水蒸气凝结 成液体。由恒容高位发热量减去水的蒸发热，得出的就是恒容低位发热量。 1.31.3 热容量 量热系统在试验条件下温度上升1K所需的热量称为热量计的热容量，习惯上 称做水当量，以J/K(或cal/)表示。 2 2 试验室条件 2.12.1 试验室应设一单独房间，不得在同一房间内同时进行其它试验项目。试验室 面积不应小于20m2 2.22.2 室温应尽量保持恒定，通常以不超出1530范围为宜，每次测定室温变 化不应超过1。室温若达不到上述要求，则应安装空调器，但空调器不应正对 热量计。 2.32.3 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。窗门应采用双层玻璃。 2.42.4 实验室宜朝北，以避免阳光照射，否则，热量计应放在不受阳光直射的地方 。 3 3 仪器设备 3.13.1 热量计 通用的热量计有两种：恒温式和绝热式。它们的差别只在于外筒及附属的自 动控温装置不同，其他部分无明显区别。热量计包括以下主件和附件。 3.1.13.1.1 氧弹 由耐热、耐腐蚀的镍铬钼合金钢制成，须具备三个主要性能： 4a.a.不因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.b.能承受充氧压力和燃烧过程中产生的瞬时高压； c.c.试验过程中能保持完全气密。 弹筒容积为250350mL，弹盖上应装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(弹体、弹盖、连接环)的氧弹，应经15.0MPa(150at)的水压 试验，证明无问题后方能使用。此外，应经常注意观察与氧弹强度有关的结构， 如杯体和连接环的螺纹、氧气阀和电极同弹盖的连接处等，如发现显著磨损或松 动，应及时修理，并经水压试验后再使用。 此外，氧弹每使用1000次需进行一次水压试验。 3.1.23.1.2 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。筒内可 装水20003000mL。 内筒外面应电镀抛光，以减少与外筒间的辐射作用。 3.1.33.1.3 外筒 为金属制成的双壁容器，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，以便放 置内筒。 3.1.3.13.1.3.1 恒温式外筒 恒温式热量计配置恒温式外筒。盛满水的外筒的热容量应不 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。用于外筒的温度计应有0.1K的最小分度 值。 3.1.3.23.1.3.2 绝热式外筒 绝热式热量计配置绝热式外筒。外筒中装有电加热器。通过 自动控温装置，外筒中的水温能紧密跟踪内筒的温度。外筒中的水还能在特制的 双层上盖中循环。 自动控制装置的灵敏度，应能达到使点火前和终点后内筒温度保持稳定(5min 内温度变化不超过0.002K)；在每次试验的升温过程中，内外5筒间的热交换量应不 超过20J。 3.1.43.1.4 搅拌器 搅拌器为螺旋桨式，转速以400600r/min为宜，并应保持稳定。搅拌效率 应能使热容量标定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)。 3.1.53.1.5 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，因此正确使用温度计具有 特别重要的意义。 3.1.5.13.1.5.1 玻璃水银温度计 常用的玻璃水银温度计有两种：一是固定测温范围的精 密温度计，一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。两种温度计应每隔 0.5K检定一点，以得出刻度修正值(对于贝克曼温度计此值称为毛细孔径修正值。 其另一修正值称为平均分度值)。贝克曼温度计应每两年送计量部门校验一次。 3.1.5.23.1.5.2 数字显示精密温度计 各种类型的数字显示精密温度计均需经过计量机关 检定，证明其测温准确度至少达到0.002K(经过校正后)，以保证测温的准确性。 3.1.5.33.1.5.3 微机热量计测温探头 国产微机热量计配备的测温探头有，铂电阻测温探 头或热释电材料制成的测温探头两种。测温探头的分辨力必须达到0.001K，并有 很好的稳定性。测温探头应每两年送计量部门校验一次。 3.23.2 附属设备 3.2.13.2.1 温度计读数放大镜和照明灯 为了使温度计读数能估计到0.001K，需要一个大约5倍的放大镜，通常放大 镜装在镜筒中，筒的后部装有照明灯，用以照明温度计的刻度。镜筒可沿垂直方 向移动，以便跟踪观察温度计中水银柱的位置。 3.2.23.2.2 振荡器 6电动振荡器，用以在读取温度前振动温度计，以克服水银柱和毛细管间的附 着力。如无此装置，也可用套有橡皮管的细玻璃棒等敲击温度计。 3.2.33.2.3 燃烧皿 铂制燃烧皿最理想，一般可用镍铬钢制作。燃烧皿上口的几何尺寸应大于下 底，内表面应有圆弧过渡，总重量以不超过10g为宜。 其他合金钢或石英制的燃烧皿也可使用，但须保证试样燃烧完全而本身不受 腐蚀，不产生热效应。 3.2.43.2.4 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，一个指示充氧时氧弹 内的压力。表头上应装有减压阀和保险阀。压力表每年应经计量机关至少检定一 次，以保证指示正确和操作安全。 压力表通过内径12mm的无缝铜管与氧弹连接，以便导入氧气。 压力表和各连接部分禁止与油脂接触或使用润滑油。如不慎沾污，必须依次 用苯和酒精清洗，并待风干后再用。 3.2.53.2.5 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 接一个调节电压的变阻器和一个指示点火情况的指示灯或电流计。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 取熔断式点火时，调节电压使点火丝在12s内达到亮红；采用棉线点火时，调 节电压使点火丝在45s内达到暗红。电压和时间确定后，应准确测出电压、电 流和通电时间，以便据此计算电能产生的热量。 如采用棉线点火，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圈，以便发热集中。再把棉线一端夹紧在螺旋中， 另一端通过遮火罩中心的小孔(直径12mm)搭接在试样上。棉线搭接的长度， 应根据试样点火的难易调节。 73.2.63.2.6 压饼机 压饼机有螺旋式和杠杆式两种，它能压制直径10mm的煤饼或苯甲酸。其模 具及压杆应用硬质钢制成，表面光洁，易于擦拭。 3.2.73.2.7 秒表或其他能指示10s的计时器 3.33.3 天平 3.3.13.3.1 分析天平 感量0.1mg。 3.3.23.3.2 工业天平 载重量45kg，感量1 g。 4 4 试剂和材料 4.14.1 试剂 4.1.14.1.1 氧气 不含可燃成分，因此不得使用电解氧。 4.1.24.1.2 苯甲酸 经计量机关检定并标明热值。 4.1.34.1.3 氢氧化钠标准溶液(供测弹筒洗液中硫用) c(NaOH)=0.1mol/L(相当于0.1N)。 4.1.44.1.4 0.2%的甲基红指示剂。 4.24.2 材料 4.2.14.2.1 点火丝 直径0.1mm左右的铜、镍铬丝或其他已知热值的金属丝，如使用棉 线，则应选用粗细均匀、不涂蜡的白棉线。各种点火丝点火时放出的热量如下： 铁丝：6700J/g(1602cal/g); 镍铬丝：1400J/g(335cal/g); 铜丝：2500J/g(598cal/g)； 棉线：17500J/g(4185cal/g)。 4.2.24.2.2 酸洗石棉绒 使用前在800下灼烧30min。 4.2.34.2.3 擦镜纸 使用前先测出燃烧热。方法：抽取34张纸，用手团紧，称准质 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。 5 5 测定步骤 5.15.1 恒温式热量计法 85.1.15.1.1 在燃烧皿中精确称取分析试样(粒度0.2mm)11.1 g(称准到0.0002g)。 燃烧易于飞溅的试样时，可先用已知质量的擦镜纸包紧，或先在压饼机中压 饼并切成24mm的小块使用。对于不易燃烧完全的试样，可先在燃烧皿底铺上 一层石棉垫，或用石棉绒做衬垫(先在皿底铺上一层石棉绒，然后以手压实)，使用 石英燃烧皿则不需任何衬垫。如加衬垫后仍燃烧不完全，可提高充氧压力至3.0 3.2MPa(3032at)，或用已知质量和发热量的擦镜纸包裹称好的试样并用手压 紧，然后放入燃烧皿中。 5.1.25.1.2 取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在两个电极柱上，注意与试样保持 良好接触或保持微小距离(对易飞溅和易燃的煤)，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 皿与另一电极之间短路。 向氧弹中加入10mL蒸馏水。小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的 位置因受震动而改变。接上氧气导管，向氧弹中缓缓充入氧气，直至压力达到2.6 2.8MPa(2628at)。充氧时间不得少于0.5min。当钢瓶中氧气压力降到 5.0MPa(50at)以下时，充氧时间应酌量延长。 5.1.35.1.3 向内筒中加入足够的蒸馏水，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。每次试验时的用水量应