第五章煤发热量的测定Word格式.docx

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（三）低位发热量（Qnet）

单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量称为恒容低位发热量。

低位发热量也即由高位发热量减去水（煤中原有的水和煤中氢燃烧生成的水）的气化热后得到的发热量。

在此条件下算出的发热量称为恒容低位发热量（Qnet,V）。

煤在锅炉中燃烧，燃烧产物（炉烟）温度较高，其中水分呈蒸气状态，并随其他燃烧产物一起排出炉外，故低位发热量是真正可以被利用的煤的有效发热量。

（四）恒容与恒压发热量

煤在不同条件下的燃烧装置中燃烧，又可分为恒容与恒压发热量。

1．恒容发热量

恒容发热量是指单位质量的煤样在恒定体积的容器中完全燃烧（如煤样在氧弹中燃烧），无膨胀做功时的发热量。

例如空气干燥基恒容高位发热量，可用Qgr,V,ad来表示。

2．恒压发热量

恒压发热量是指单位质量的煤样在恒定压力下完全燃烧（如煤在电厂锅炉中燃烧），有膨胀做功时的发热量。

例如收到基恒压低位发热量，可用Qnet,P,ar来表示。

恒容发热量略高于恒压发热量，不过二者相差甚微，一般计算中则可以忽略不计。

三、不同表示方法发热量的计算

（一）高位发热量的计算

Qgr,ad＝Qb,ad－（94.1Sb,ad+aQb,ad）

式中：

Qgr,ad——空气干燥基煤样的高位发热量，J/g；

Qb,ad——空气干燥基煤样的弹筒发热量，J/g；

Sb,ad——由弹简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Sb,ad；

94.1——煤中每1%硫的校正值，J；

a——硝酸校正系数：

当Qb≤l6.70MJ/kg，a＝0.00l；

当l6.70MJ/kg＜Qb≤25.l0MJ7kg，a＝0.0012

当Qb＞25.l0MJ/kg，a＝0.00l6；

在需要用弹筒洗液测定Sb,ad的情况下，把洗液煮沸2～3min，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（%）。

Sb,ad＝（c×

V/m－aQb,ad/60）×

1.6

c——氢氧化钠溶液的物质的量浓度，mol/L；

y——滴定用去的氢氧化钠溶液体积，mL；

60——相当lmmo1硝酸的生成热，J；

m——称取的试样质量，g；

1.6——将每摩尔硫酸1/2（H2SO4）转换为硫的质量分数的转换因子。

这里规定的对硫的校正方法中，略去了对煤样中硫酸盐的考虑。

这对绝大多数煤来说影响不大，因煤的硫酸盐疏含量一股很低。

但有些特殊煤样，含量可达0.5%以上。

根据实际经验，煤样燃烧后，由于灰的飞溅，一部分硫酸盐硫也随之落入弹筒，因此无法利用弹筒洗液来分别测定硫酸盐硫和其他硫。

遇此情况，为求高位发热量的准确，只有另行测定煤中的磷酸盐硫或可燃硫，燃后做相应的校正。

关于发热量大于14.60MJ/kg的规定，在用包纸或掺苯甲酸的情况下，应按包纸或添加物放出的总热量来掌握。

（二）低位发热量的计算

工业上是根据煤的收到基低位发热量进行计算和设计。

式中，Qnet,v,ar——收到基煤的低位发热量，J/g；

Qgr,ad——煤的空气干燥基高位发热量，J/g；

Mar——收到基全水分，%；

Mad——煤的空气干燥基水分，%；

Had——煤的空气干燥基氢含量，%；

（三）恒压低位发热量的计算

由弹筒发热量计算出的高位发热量和低位发热量都属于恒容状态，在实际工业燃烧中则是恒容状态，严格地讲，工业计算中应使用恒压低位发热量。

式中，Qnet,V,ar——煤的收到基恒压低位发热量，J/g；

Oad——煤的空气干燥基氧含量，%；

Nad——煤的空气干燥基氮含量，%；

Oad及Nad也可按下式计算：

（Oad＋Nad）＝100－Mad－Aad－Cad－Had－St,ad

（四）各种不同基的煤的发热量换算

1．高位发热量基的换算

煤的不同基的高位发热量按下列公式计算：

2．低位发热量基的换算

煤的不同基的低位发热量按下式计算：

式中，Qnet,V,M——水分为M的煤的恒容低位发热量，J/g；

M——煤样的水分，％。

干燥基时，M＝0；

空气干燥基时，M＝Mad；

收到基时，M＝Mt。

四、以低位发热量为基准的计算

在工业上为核算企业对能源的消耗量，统一计算标准，便于比较和管理，规定以收到基的低位发热量29.27MJ/kg作为统一的换算单位，称为标准煤的发热量，即每29.27MJ的热量可换算成1kg的标准煤。

火电厂的煤耗就是按每发1kW·

h（度）的电能所消耗的标准煤的量计算的。

例如甲电厂每发1kW·

h（度）的电，要燃用Qnet,ar为14.64MJ/kg的煤0.8kg；

乙电厂每发1kW·

h（度）的电，要燃用Qnet,ar为21.37MJ/kg的煤0.6kg，则：

甲电厂的煤耗为

乙电厂的煤耗为

虽然甲电厂耗用煤的数量较乙电厂多，但由于甲电厂所燃用煤的发热量低，当换算成标准煤时，就可以评价出甲电厂的经济性比乙电厂好。

另外，为了比较煤中各成分对锅炉燃烧的影响，常以煤的单位发热量对有关成分进行换算，称此换算后各项成分的百分含量为“折算成分”。

例如为了估算和对比煤中水分、灰分、硫分等有害成分对锅炉燃烧的影响，常用Qnet,ar为4.18MJ/kg（1000kcal/kg）作为基本计算单位，对以上成分进行换算，即：

（％）

这样，同一台锅炉当燃用不同煤时，用“折算成分”就能比较出两种煤对锅炉燃烧影响的大小。

例如Qnet,ar为22.16MJ/kg和12.54MJ/kg两种煤的含硫量都是0.85％，但对于：

第一种煤的“折算硫分”为

第二种煤的“折算硫分”为

显然，第二种煤中的硫分比第一种煤中的硫分对锅炉燃烧的影响大。

第二节测定发热量的基本原理

煤的发热量在氧弹热量计中进行测定的，一定量的分析试样在氧弹热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧。

燃烧所释放出的热量被氧弹周围一定量的水（内筒水）所吸收，其水的温升与试样燃烧所释放出的热量成正比，即：

式中，Q——燃料发热量，J/g；

m——试样量，g；

t0——量热系统的起始温度，℃；

tn——量热系统吸收试样放出的热量后的最终温度，℃；

E——热量计的热容量，J/℃。

量热系统是指在发热量测定过程中，接收试样所放出热量的各个部件。

除了内筒水外，还包括内筒、氧弹及搅拌器、量热温度计等浸没于水中的部分。

对于一台热量计来说，当内筒水量、搅拌器与量热温度计等在水中的浸没深度及环境温度等试验条件确定时，热容量E为一常数。

氧弹热量计的热容量通过在相似条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定：

根据试样点燃前后量热系统产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量。

第三节发热量测定仪器——热量计

热量计由燃烧氧弹、内筒、外筒、搅拌器温度传感器和试样点火装置、温度测量装置和控制系统以及水构成。

通用热量计有两种，恒温式和绝热式。

它们的量热系统被包围在充满水的双层夹套（外筒）中，它们的差别只在于外筒及附属的自动控温装置，其余部分无明显区别。

我国电力系统中普遍使用各种型号的恒温式热量计。

下面将主要介绍传统使用的恒温式热量计。

一、热量计的主体

热量计的主体由氧弹、内筒、外筒和搅拌器四个部件组成。

1．氧弹

氧弹是由耐热、耐腐蚀的镍铬或镍铬铝合金钢制成，它是供燃烧试样用的，由弹筒、弹头和盖圈组成。

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）试验过程中能保持完全气密。

弹筒容积为250～35OmL，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（杯体、弹盖、连接环）的氧弹应经20.0MPa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、出气阀和电极同弹盖的连接处等，如发现显著磨损或松动，应进行修理，并经水压试验后再用。

另外，还应定期对氧弹进行水压试验，每次水压试验后，氧弹的使用时间不得超过2年。

2．内筒（或称量热筒）

内筒为盛水和放置氧弹用的，它是量热体系的主要部分，试样在氧弹内燃烧放出的热量即被内筒的水所吸收而使水温上升。

是用紫铜、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2000～3000mL，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。

3．外筒

外筒用来保持测热体系环境温度的恒定（与室温一致）。

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；

原则上要保待两者之间有l0～l2mm的间距，外筒底部有绝缘支架，以便放置内筒。

a）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。

用于外简的温度计应有0.lK的最小分度值。

b）绝热式外筒：

绝热式热量计配置绝热式外筒。

外筒中装有加热装置，通过自动控温装置，外筒水温能紧密跟踪内筒的温度。

外筒的水还应在特制的双层盖中循环。

自动控温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内温度变化平均不超过0.0005K/min）；

在一次试验的升温过程中，内外筒间热交换量应不超过20J。

4．搅拌器

在内筒中配有一个搅拌器，以保证内筒水温均匀一致。

螺旋桨式或其他形式。

转速400～600r/min为宜，并应保持稳定。

搅拌效率应能使热容量标定中由点火到终点的时间不超过l0min，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所产生热量不应超过120J）。

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。

对温度计的正确使用具有特别重要的意义。

有两种类型的温度计可用于此目的。

a）玻璃水银温度计

常用的玻璃水银温度计有两种：

一种是固定测温范围的精密温度计；

一种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（贝克曼温度计称为孔径修正）。

贝克曼温度计除这个修正值外还有一个称为“平均分度值”的修正值。

b）数字式量热温度计

需经过计量机关的检定，证明其分辨率为0.001K，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.

二、热量计的附属装置

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倍的放大镜来观测温度。

通常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。

2．振荡器

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。

3．燃烧皿

燃烧试样用的，铂制品最理想，一般可用镍铬钢制品。

规格可采用高17～18mm、底部直径19～20mm、上部直径25～26mm，厚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又不受腐蚀和产生热效应为原则。

4．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，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。

压力表通过内径1～2mm的无缝钢管与氧弹连接，或通过高强度尼龙管与充氧装置连接，以便导入氧气。

压力表每2年应经计量机关检定一次，以保证指示正确和操作安全。

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。

5．点火装置

点火采用12～24V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。

方法：

接好点火丝，在空气中通电试验。

在熔断式点火的情况下，调节电压使点火丝在1～2s内达到亮红；

在棉线点火的情况下，调节电压使点火丝在4～5s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数圈，以便发热集中。

根据试样点火的难易，调节棉线搭接的多少。

6．压饼机

螺旋式或杠杆式压饼机。

能压制直径10mm的煤饼或苯甲酸饼。

模具及压杆应用硬质钢制成，表面光洁，易于擦拭。

第四节测定发热量的误差校正

用氧弹量热计测定发热量的公式

，仅是理论上的公式，在实践中有许多误差因素影响试验结果的准确度，这些误差因素主要是仪器的系统误差。

为此，需要作出相应的校正。

一、冷却校正

绝热式热量计的热量损失可以忽略不计，因而无需冷却校正。

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，对此散失的热量应予校正，办法是在温升中加上一个校正值C，这个校正值称为冷却校正值，国家标准GB/T213－2003《煤的发热量测定方法》中规定的计算方法如下：

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（下面详细讲述）中查出相应的vo和vn或根据预先标定出的下面两个公式计算出vo和vn：

vo＝K（to－tj）+A

vn＝K（tn－tj）+A

vo——在点火时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，min－1；

A——热量计的综合常数，K/min；

to——点火时的内筒温度；

tn——终点时的内简温度；

tj——外简温度。

然后按式下式计算冷却校正值：

C＝（n－a）vn+avo

C——冷却校正值，K；

n——由点火到终点的时间，min；

a——当△/△1′40″≤1.20时，a＝△/△1′40″－0.10；

当△/△1′40″＞l.20时，a＝△/△1′40″；

其中△为主期内总温升（△＝tn－t0），△1′40″为点火后1′40″时的温升（△1′40″＝t1′40″一t0）。

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，ti——主期内第imin时的内简温度。

其余符号，意义同前。

瑞－方公式应用时，不必标定热量计的相关常数，根据温度观测值就可直接求出冷却校正值。

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。

瑞－方公式应用范围广，准确性高，但公式比较复杂，手工计算花时较长，现在由于电子计算机的普遍使用，这已不是该法的主要不足之处了。

无论是普通型还是自动型热量计，均应更多地采用瑞－方公式。

当内筒使用贝克曼温度计，外筒使用普通温度计，应从实测的外简温度中减掉贝克曼温度计的基点温度后再当做外筒温度tj，用来计算内、外筒温差（t0－tj）和（tn－tj）。

如内、外筒都使用贝克曼温度计。

则应对实测的外筒温度校正内、外筒温度计基点温度之差，以便求得内、外筒的真正温差。

二、温度计校正

（一）贝克曼温度计

贝克曼温度计为温度可调的精密水银温度计，测温量程为-20~155℃，测温精度为1/100℃，分辨率为1/1000℃，它可用来测量5℃内的温度差。

贝克曼温度计有两个储液泡：

感温泡和备用泡，感温泡是温度计底部的主水银泡，为温度计的感温部分，它的水银量在不同温度间隔内可以调整；

备用泡用来储存或补给感温泡内多余或不足的水银量。

贝克曼温度计有两个温度标尺：

一是用来测量温度差的主标尺；

一是备用泡处的副标尺。

副标尺上的示值可以粗略指示贝克曼温度计的基点温度。

所谓基点温度就是水银柱指在0分度时的实测温度。

测定发热量时，温升一般只有2~3℃。

因此，在调节基点温度时，应是水银柱指在被测温度下某一合适的刻度上。

当温度指示值偏低时，就要将上部备用泡中的水银部分转移到下部的感温泡中去；

当温度指示值偏高时，就要将感温泡中的水银部分转移到上部的备用泡中去。

（二）温度校正

使用玻璃温度计时，应根据检定证书对点火温度和终点温度进行校正。

1．温度计刻度校正

刻度校正又称毛细管孔径校正。

由于装水银的毛细管内径不可能均匀一致，同一长度（如0.5℃相应的长度）内的水银量不可能完全相等，因此使得每一个温度读数都有一定的误差，对这一误差的校正称为刻度校正。

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。

2.平均分度值的校正

若使用贝克曼温度计，需进行平均分度值的校正。

贝克曼温度计的平均分度值，是指主标尺上的每一等分刻度（称分度）所代表的真是温度，用符号H表示。

由于感温泡中的水银量是随基点温度（测温范围）而变的，因而在不同的基点温度下，每1个分度所代表的实际温差不是恰好为1.000℃，而是随基点温度不同而变。

在对贝克曼温度计的主标尺进行分度时，常选用某一温度作为分度的起始温度，例如标准贝克曼温度计是以0℃作为分度的起始温度，称此温度为该温度计的基准温度。

国产贝克曼温度计的基准温度大致为20℃，即以20℃为起点（基准），25℃为终点，把起点与终点之间平均分成5个等分，则每个等分所代表的温度恰为1.000℃。

此时的基准温度也就是基点温度，但一支指定的温度计，其基准温度只有一个，而基点温度则随水银量的变动而有无数个。

只有当基准温度与基点温度一致时，平均分度值H才等于1.000℃。

当基点温度高于基准温度时，H>

1.000；

基点温度低于基准温度时，H<

1.000。

这是因为感温泡的体积是固定的，若其中的水银量不同时，温度每变化1.000℃，则水银体积的伸缩不会都恰为1个分度。

平均分度值不仅受基点温度的影响，而且还与露出柱温度有关。

所谓露出柱温度，是指温度计露出水面上的水银柱所处的温度。

当露出柱所处环境温度高于被测温度时，水银柱指示值将高于被测温度；

反之，示值将低于被测温度。

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（根据检定证书所给的露出柱温度计算而得）的平均分度值H。

在试验中，当试验时的露出柱温度te与标准露出柱温度相差3℃以上时，按下式计算平均分度值H：

H＝H+0.00016（ts－te）

H——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——试验中的实际露出柱温度，℃；

0.00016——水银对玻璃的膨胀系数。

（三）点火丝的热量校正

试样在氧弹内燃烧是通过点火装置引燃的。

国内热量计普遍采用熔断式点火。

在熔断式点火法中，根据点火丝的实际消耗量（原用量减掉残余量）和点火丝的燃烧热计算试验中点火丝放出的热量。

在棉线点火法中，首先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能热。

二者放出的总热量即为点火热。

电能产生的热量（J）＝电压（V）×

电流（A）×

时间（s）。

三、弹筒发热量的计算

考虑以上各种校正值后，煤的弹筒发热量Qb,ad按下式计算：

1．恒温式热量计：

Qb,ad——分析试样的弹筒发热量，J/g；

E——热量计的热容量，J/K；

C——冷却校正值，K；

q1——点火热，J，

q2——添加物如包纸等产生的总热量，J；

m——试样质量，g；

H——贝克曼温度计的平均分度值。

2．绝热式热量计：

第五节热容量和仪器常熟的标定

热容量E是热量计的主要参数，它是决定发热量测定准确性的关键。

国家标准GB/T－2003《煤的发热量测定方法》中指出，发热量的测定由两个独立的试验组成，即在规定的条件下基准量热物质的燃烧试验（热容量的标定）和试样的燃烧试验。

为了消除未受控制的热交换引起的系统误差，要求两种试验的条件尽量相近。

仪器常数K和A，是计算冷却校正值主要的参数，按照GB/T－2003《煤的发热量测定方法》规定，热容量和仪器常熟应由同一试验同时标定。

一、试验的准备工作

1．标准物质的准备

试验时，所用具有标准热值的标准物质为标准苯甲酸。

苯甲酸应预先研细并在盛有浓疏酸的干燥器中干燥3天或在60～70℃烘箱中干燥3～4h。

冷却后压饼。

苯甲酸也可在燃烧皿中熔融后使用。

熔融可在12l～126℃的烘箱中放置lh，或在酒精灯的小火焰上进行，放入干燥器中冷却后使用。

熔体表面出现的针状结晶，应用小刷刷掉，以防燃烧不完全。

在不加衬垫的燃烧皿中称取经过干燥和压饼的苯甲酸，苯甲酸片的质量以0.9～1.1g为宜。

2．氧弹的准备

将盛有试样的燃烧皿放置在弹头的环行支架上，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的距离（对易飞溅和易燃的煤），并注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路而