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解读GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》

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标准版本号:GB/T 213-2008

2008-07-29发布   2009-05-01实施  

【解读内容】

1. 新旧标准之间的变化差异;              

2. 煤的发热量测定原理、操作步骤和数据处理;             

3. 热容量和仪器常数的标定;             

4. 各种不同基的煤的发热量换算。 

【解读目的】

1. 了解新旧标准之间的变化差异;              

2. 掌握煤的发热量测定方法、操作步骤和数据处理;             

3. 掌握热容量和仪器常数的标定;             

4. 熟悉各种不同基的煤的发热量换算。  

【解读重点】

1. 煤的发热量测定原理、操作步骤和数据处理;             

2. 热容量和仪器常数的标定。  

【解读难点】煤的发热量测定原理、操作步骤和数据处理。 

 

一、新旧标准变化差异比较   

本标准取代了GB/T 213-2003《煤的发热量测定方法》,增加了GB/T18856.6—2002《水煤浆质量试验方法 第6部分:水煤浆发热量测定方法》的内容。  

与GB/T 213-2003相比,主要变化如下:

a. 增加了引言;  

b. 增加了水煤浆的发热量的测定;

c. 增加了称取水煤浆试样的内容;  

d. 增加了无法观测主期内筒温度下降时的终点判断方法;

e. 增加了称取水煤浆试样时恒容和恒压低位发热量计算公式; 

f. 增加了对恒容和恒压低位发热量计算公式中常数项的解释; 

g. 增加了两个附录(附录A和B); 

h. 进行了适当的文字修改。  

 

二、术语和定义  

① 热量单位: 热量的单位为焦耳(J)。  

发热量测定结果以兆焦每千克(MJ/kg)或焦耳每克(J/g)表示。  

② 弹筒发热量: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、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量称为弹筒发热量。  

③ 恒容高位发热量: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、液态水以及固态灰时放出的热量。恒容高位发热量即由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸校正热后得到的发热量。

④ 恒容低位发热量:单位质量的试样在恒容条件下,在过量氧气中燃烧,其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫,气态水(假定压力为0.1MPa)以及固态灰时放出的热量。

恒容低位发热量即由恒容高位发热量减去水(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。  

⑤ 恒压低位发热量:单位质量的试样在恒压条件下.在过量氧气中燃烧,其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水(假定压力为0.1MPa)以及固态灰时放出的热量。  

⑥ 热量计的有效热容量:量热系统产生单位温升所需的热量(简称热容量)。通常以焦耳每开尔文(J/K) 表示。  

三、测定原理  

Ⅰ.高位发热量  

煤的发热量在氧弹热量计中进行测定。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,热量计的热容量通过在相近条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定,根据试样燃烧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。  

从弹筒发热量中扣除硝酸生成热和硫酸校正热(氧弹反应中形成的硫酸与二氧化硫形成热之差)即得

高位发热量。

Ⅱ.低位发热量  

的恒容低位发热量和恒压低位发热量可以通过分析试样的高位发热量计算。计算恒容低位发热量需要知道煤样中水分和氢的含量。计算恒压低位发热量需知道煤样中氧和氮的含量。  

四、实验室条件和试剂、材料  

Ⅰ. 实验室条件  

① 实验室为单独房间,不应在同一房间进行其他项目的测定;  

② 室温保持稳定,每次测定室温变化不超过1℃,室温在(15-30)℃为宜;

③ 室内无强烈的空气对流,试验过程中避免开启门窗;

④ 实验室最好朝向北,避免热量计受到阳光的直射。

Ⅱ. 试剂和材料  

①氧气:至少99.5%纯度,不含可燃成分,不允许使用电解氧;

②氢氧化钠标准溶液:C(NaOH)≈0.1mol/L。  称取优级纯氢氧化钠4g ,溶解于1000mL经煮沸冷却后的水中,混合均匀,装入塑料瓶或塑料简内,拧紧盖子。然后用优级纯苯二甲酸氢钾(GB/T 1257)进行标定。

③甲基红指示剂:2g/L。称取0.2g甲基红,溶解在100mL水中。  

④苯甲酸:基准量热物质,二等或二等以上,经权威计量机关检定或授权检定并标明标准热值。

⑤ 点火丝:直径0.1mm左右的铂、铜、镍丝或其他已知热值的金属丝或棉线,如使用棉线,则应选用粗细均匀,不涂蜡的白棉线。

⑥ 点火导线:直径0.3mm左右的镍铬丝。

⑦ 酸洗石棉绒:使用前在800℃下灼烧30min。  

⑧ 擦镜纸:使用前先测出燃烧热:抽取(3-4)张纸,团紧,称准质量.放人燃烧皿中,然后按常规方法测定发热量。取3次结果的平均值作为擦镜纸热值。  

五、仪器设备  

Ⅰ.热量计  

① 组成: 热量计由燃烧氧弹、内筒、外筒、搅拌器、水、温度传感器、试样点火装置、温度测量和控制系统构成。

② 分类:

 热量计( 外筒的控温方式不同 ):a-恒温式热量计,b-绝热式热量计(无水热量计、自动氧弹热量计)。                        

③ 精密度和准确度要求:   

精密度:5次苯甲酸测试结果的相对标准偏差不大于0.20%。    

准确度:标准煤样测试结果与标准值之差都在不确定度范围内,或者用苯甲酸作为样品进行5次发热量测定,其平均值与标准热值之差不超过50 J/g。

Ⅱ.氧弹  

① 材料:由耐热、耐腐蚀的镍铬或镍铬钼合金钢制成。  

② 性能要求:

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;  

③ 组成:容积为(250-350)mL;

 弹头上应装有供充氧和排气的阀门以及点火电源的接线电极。

④ 注意事项:

a. 新氧弹和新换部件(弹筒、弹头、连接环)的氧弹应经20.0 M Pa的水压试验,证明无问题后方能使用。

b. 经常注意观察与氧弹强度有关的结构,如弹筒和连接环的螺纹、进气阀、出气阀和电极与弹头的连接处等,如发现显著磨损或松动,应进行修理,并经水压试验合格后再用。       

c. 氧弹还应定期进行水压试验,每次水压试验后,氧弹的使用时间一般不应超过2年。               

d. 当使用多个设计制作相同的氧弹时,每一个氧弹都必须作为一个完整的单元使用。氧弹部件的交换使用可能导致发生严重的事故。

Ⅲ. 内筒  

① 材料:用紫铜、黄铜或不锈钢制成。  

② 形状和容积:断面可为椭圆形、菱形或其他适当形状。筒内装水2000mL- 3000mL,以能浸没氧弹(进、出气阀和电极除外)为准。内筒外面应高度抛光, 以减少与外筒间的辐射作用。

Ⅳ.外筒 

① 材质、形状及基本结构: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;外筒应完全包围内筒,内外筒间应有10mm-12mm的间距,外筒底部有绝缘支架,以便放置内筒。 

② a.恒温式外筒 

自动控温的外筒:在整个试验过程中,外筒水温变化应控制在±0 .1 K之内或更低。 

非自动控温式外筒:即静态式外筒,盛满水后其热容量应不小于热量计热容量的五倍,以便保持试验过程中外筒温度基本恒定。 

   b. 恒温式外筒的热容量  

冷却常数≈0.0020min-1,从试样点火到末期结束时的外筒温度变化小于0.16K 

冷却常数≈0.0030min-1,从试样点火到末期结束时的外筒温度变化小于0.11K 

② 绝热式外筒:外筒中水量应较少,最好装浸没式加热装置,当样品点燃后能迅速提供足够的热量以维持外筒水温与内筒水温相差在0.1K之内。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 内简的温度。外筒的水还应在特制的双层盖中循环。

Ⅴ. 搅拌器 

① 形状:螺旋桨式或其他形状; 

② 转速:(400-600)r/min为宜,应保持恒定; 

③ 热效应:应用隔热措施.以尽量减少量热系统与外界的热交换。搅拌器的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10 min.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10 min所产生的热量不应超过120 J)。

Ⅵ.量热温度计 

① 规格要求:用于内简温度测定的量热温度计至少应有0.001K的分辨率,以便能以0.002K或更好的分辨率测定2K到3K的温升;它代表的绝对温度应能达到近0.1K。量热温度计在它测量的每个温度变化范围内应是线性的或线性化的。

② 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。两者的最小分度位应为0.01K。 

③ 数字显示温度计:数字显示温度计可代替传统的玻璃水银温度计,它们应能提供符合要求的分辨率,这些温度计的短期重复性应该为0.001K 或更好,6个月内的长期漂移不应超过0.05K。

Ⅶ.附属设备  

① 燃烧皿:铂制品最理想,一般可用镍铬钢制品。规格可采用高17 mm-18mm、底部直径19mm-20mm,上部直径25mm-26 mm,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。  

② 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。  

③ 点火装置:点火采用12V -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。

④ 压饼机:螺旋式 、杠杆式或其它形式压饼机。能压制直径10mm的煤饼或苯甲酸饼。模具和压杆应用硬质钢制成,表面光洁,易于擦拭。

⑤ 秒表或其他能指示10s的计时器。 

⑥ 天平:分析天平和工业天平。  

六、测定步骤  

Ⅰ.恒温式热量计法  

① 按使用说明书安装调节热量计。

② 称样:在燃烧皿中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样或水煤浆干燥试样(0.9-1.1)g, 称准到0.0002g。  

a. 燃烧时易于飞溅的试样,可用已知质量的擦镜纸包紧再进行侧试,或先在压饼机中压饼并切成粒度约为(2-4)mm的小块使用。

b.不易燃烧完全的试样,可用石棉绒做衬垫(先在燃烧皿底铺上一个石棉绒,然后以手压实)。石英燃烧皿不需任何衬垫。如加衬垫仍燃烧不完全,可提高充氧压力至3.2 MPa,或用已知质量和热值的擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧,然后放入燃烧皿中。  

③ 装氧弹及注意事项:取一段点火丝,把两端分别接在两个电极柱上,弯曲点火丝接近试样。  

注意事项:a.装氧弹的过程中要轻拿轻放;

b.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);

c.勿使点火丝接触燃烧皿和电极柱,以免形成短路而导致点火失败,甚至烧毁燃烧皿。

 ④充氧及安全隐患:

往氧弹中加入10mL蒸馏水,小心拧紧氧弹盖,往氧弹中缓缓充入氧气,直至压力到2.8 -3.0 M Pa;如果不小心充氧压力超过3.3 MPa ,停止试验,放掉氧气后,重新充氧至3.2MPa以下。当钢瓶中氧气压力降到5.0 M Pa以下时,充氧时间应酌量延长,压力降到4.0 M Pa以下时,应更换新的钢瓶氧气。

⑤ 内筒:往内筒中加人足够的蒸馏水,使氧弹盖的顶面(不包括突出的进、出气阀和电极)淹没在水面下10 mm-20 mm。每次试验时用水量应保持相同,相差不超过0.5g 。 

⑥测量:把氧弹放人装好水的内筒中,如氧弹中无气泡漏出.则表明气密性良好,即可把内筒放在外筒的绝缘架上;如有气泡出现,则表明漏气,应找出原因,加以纠正,重新充氧。然后接上点火电极插头,装上搅拌器和量热温度计.并盖上外筒的盖子。  

⑦ 结果记录:取出内筒和氧弹,开启放气阀,放出燃烧废气,打开氧弹,仔细观察弹筒和燃烧皿内部,如果有试样燃烧不完全的迹象或有炭黑存在,试验应作废。  

Ⅱ.绝热式热量计法(略GB/T  213-2008)

Ⅲ.自动式热量计(略GB/T  213-2008)

七、热容量和仪器常数标定  

Ⅰ.所用物质及预处理:  

a.苯甲酸(二等或二等以上,经权威计量机关检定或授权检定并标明标准热值);

b.预先研细并在盛有浓硫酸的干燥器中干燥3天或在(60-70)℃烘箱中干燥3-4h,冷却后压片。  

苯甲酸也可以在燃烧皿中熔融后使用。熔融方法:在121- 126℃的烘箱中放置1h,或在酒精灯的火焰上进行,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。

Ⅱ.测定步骤  

a. 在不加衬垫的燃烧皿中称取经过干燥和压片的苯甲酸,质量以0.9-1.1g为宜;

b. b.根据所用热量计的类型(恒温式或绝热式),按照发热量测定的相应步骤准备氧弹和内筒、外筒,然后点火和记录温升;

Ⅲ.数据处理  

热容量标定一般应进行5次重复试验。计算5次重复试验结果的平均值(它)和标准差S。 



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