中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量測定方法
GB213—87代替GB213—79
Determination of calorific value of coal
國家標(biāo)準(zhǔn)局1987-03-30 批準(zhǔn)1988-02-01 實(shí)施
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煤的高位發(fā)熱量的測定方法和低位發(fā)熱量的計(jì)算方法,適用于泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤和炭質(zhì)頁巖的發(fā)熱量測定。
1 定義
1.1 熱量單位
熱量的單位為J〔焦(耳)〕。1J〔焦(耳)〕=1N·m(牛頓·米)=107erg(爾格)。我國過去慣用的熱量單位為20℃卡,以下簡稱卡(cal)。
1cal(20℃)=4.1816J。
1.2 發(fā)熱量的表示方法
發(fā)熱量測定結(jié)果以kJ/g(千焦/克)或MJ/kg(兆焦/千克)表示。
1.2.1 彈筒發(fā)熱量
在氧彈中,在有過剩的氧的情況下〔氧氣初始壓力2.6~3.0MPa(26~30atm)〕,燃燒單位質(zhì)量的試樣所產(chǎn)生的熱量稱為彈筒發(fā)熱量。燃燒產(chǎn)物為二氧化碳、硫酸、硝酸、呈液態(tài)的水和固態(tài)的灰。
注:任何物質(zhì)(包括煤)的燃燒熱,隨燃燒產(chǎn)物的最終溫度而改變,溫度越高,燃燒熱越低。因此,一個(gè)嚴(yán)密的發(fā)熱量定義,應(yīng)對燒燒產(chǎn)物的溫度有所規(guī)定。但在實(shí)際測定發(fā)熱量時(shí),由于具體條件的限制,把終點(diǎn)溫度限定在一個(gè)特定的溫度或一個(gè)很窄的范圍內(nèi)都是不現(xiàn)實(shí)的。溫度每升高1K,煤和苯甲酸的燃燒熱約降低0.4~1.3J/g。當(dāng)按規(guī)定在相近的溫度下標(biāo)定熱容量和測定發(fā)熱量時(shí),溫度對燃燒熱的影響可近于完全抵銷,而無需加以考慮。
1.2.2 恒容高位發(fā)熱量
煤在工業(yè)裝置的實(shí)際燃燒中,硫只生成二氧化硫,氮?jiǎng)t成為游離氮,這是同氧彈中的情況不同的。由彈筒發(fā)熱量減掉稀硫酸生成熱和二氧化硫生成熱之差以及稀硝酸的生成熱,得出的就是高位發(fā)熱量。因?yàn)閺椡舶l(fā)熱量的測定是在恒定容積(即彈筒的容積)下進(jìn)行的,由此算出的高位發(fā)熱量也相應(yīng)地稱為恒容高位發(fā)熱量,它比工業(yè)上的恒壓(即大氣壓力)狀態(tài)下的發(fā)熱量約低8~16J/g,一般可忽略不計(jì)。
1.2.3 恒容低位發(fā)熱量
工業(yè)燃燒與氧彈中燃燒的另一個(gè)不同的條件是:在前一情況下全部水(包括燃燒生成的水和煤中原有的水)呈蒸汽狀態(tài)隨燃燒廢氣排出,在后一情況下水蒸氣凝結(jié)成液體。由恒容高位發(fā)熱量減掉水的蒸發(fā)熱,得出的就是恒容低位發(fā)熱量。
1.3 熱容量
量熱系統(tǒng)在試驗(yàn)條件下溫度上升1K 所需的熱量稱為熱量計(jì)的熱容量,習(xí)慣上也叫做水當(dāng)量,以J/K(或cal/℃)表示。
2 試驗(yàn)室條件
2.1 試驗(yàn)室應(yīng)設(shè)在一單獨(dú)房間,不得在同一房間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行其他試驗(yàn)項(xiàng)目。
2.2 室溫應(yīng)盡量保持恒定,每次測定室溫變化不應(yīng)超過1K,通常室溫以不超出15~35℃范圍為宜。
2.3 室內(nèi)應(yīng)無強(qiáng)烈的空氣對流,因此不應(yīng)有強(qiáng)烈的熱源和風(fēng)扇等,試驗(yàn)過程中應(yīng)避免開啟門窗。
2.4 實(shí)驗(yàn)室最好朝北,以避免陽光照射,否則熱量計(jì)應(yīng)放在不受陽光直射的地方。
3 儀器設(shè)備
3.1 熱量計(jì)
通用的熱量計(jì)有兩種:恒溫式和絕熱式。它們的差別只在于外筒及附屬的自動(dòng)控溫裝置,其余部分無明顯區(qū)別。熱量計(jì)包括以下主件和附件:
3.1.1 氧彈
由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻鉬合金鋼制成,需要具備三個(gè)主要性能:a.不受燃燒過程中出現(xiàn)的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應(yīng);
b.能承受充氧壓力和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓;c.試驗(yàn)過程中能保持完全氣密。
彈筒容積為250~350mL,彈蓋上應(yīng)裝有供充氧和排氣的閥門以及點(diǎn)火電源的接線電極。新氧彈和新?lián)Q部件(杯體、彈蓋、連接環(huán))的氧彈應(yīng)經(jīng)15.0MPa(150atm)的水壓試驗(yàn),證明無問題后方能使用。此外,應(yīng)經(jīng)常注意觀察與氧彈強(qiáng)度有關(guān)的結(jié)構(gòu),如杯體和連接環(huán)的螺紋、氧氣閥和電極同彈蓋的連接處等,如發(fā)現(xiàn)顯著磨損或松動(dòng),應(yīng)進(jìn)行修理,并經(jīng)水壓試驗(yàn)后再用。
另外,還應(yīng)定期對氧彈進(jìn)行水壓試驗(yàn),每次水壓試驗(yàn)后,氧彈的使用時(shí)間不得超過一年。
3.1.2 內(nèi)筒
用紫銅、黃銅或不銹鋼制成,斷面可為圓形、菱形或其他適當(dāng)形狀。筒內(nèi)裝水2000~3000mL,以能浸沒氧彈(進(jìn)、出氣閥和電極除外)為準(zhǔn)。
內(nèi)筒外面應(yīng)電鍍拋光,以減少與外筒間的輻射作用。
3.1.3 外筒
為金屬制成的雙壁容器,并有上蓋。外壁為圓形,內(nèi)壁形狀則依內(nèi)筒的形狀而定,原則上要保持兩者之間有10~12mm 的間距,外筒底部有絕緣支架,以便放置內(nèi)筒。
a.恒溫式外筒:恒溫式熱量計(jì)配置恒溫式外筒。盛滿水的外筒的熱容量應(yīng)不小于熱量計(jì)熱容量的5 倍,以便保持試驗(yàn)過程中外筒溫度基本恒定。外筒外面可加絕緣保護(hù)層,以減少室溫波動(dòng)的影響。用于外筒的溫度計(jì)應(yīng)有0.1K 的最小分度值。
b.絕熱式外筒:絕熱式熱量計(jì)配置絕熱式外筒,外筒中裝有電加熱器,通過自動(dòng)控溫裝置,外筒中的水溫能緊密跟蹤內(nèi)筒的溫度。外筒中的水還應(yīng)在特制的雙層上蓋中循環(huán)。自動(dòng)控制裝置的靈敏度,應(yīng)能達(dá)到使點(diǎn)火前和終點(diǎn)后內(nèi)筒溫度保持穩(wěn)定(5min 內(nèi)溫度變化不超過0.002K);在一次試驗(yàn)的升溫過程中,內(nèi)外筒間的熱交換量應(yīng)不超過20J。
3.1.4 攪拌器
螺旋槳式,轉(zhuǎn)速400~600r min 為宜,并應(yīng)保持穩(wěn)定。攪拌效率應(yīng)能使熱容量標(biāo)定中由點(diǎn)火到終點(diǎn)的時(shí)間不超過10min,同時(shí)又要避免產(chǎn)生過多的攪拌熱(當(dāng)內(nèi)、外筒溫度和室溫一致時(shí),連續(xù)攪拌10min 所產(chǎn)生的熱量不應(yīng)超過120J)。
3.1.5 量熱溫度計(jì)
內(nèi)筒溫度測量誤差是發(fā)熱量測定誤差的主要來源。對溫度計(jì)的正確使用具有特別重要的意義。
a.玻璃水銀溫度計(jì)
常用的玻璃水銀溫度計(jì)有兩種:一是固定測溫范圍的精密溫度計(jì),一是可變測溫范圍的貝克曼溫度計(jì)。兩者的最小分度值應(yīng)為0.01K,使用時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)量機(jī)關(guān)檢定證書中的修正值做必要的校正。兩種溫度計(jì)應(yīng)每隔0.5K 檢定一點(diǎn),以得出刻度修正值(貝克曼溫度計(jì)則稱為毛細(xì)孔徑修正值)。貝克曼溫度計(jì)除這個(gè)修正值外還有一個(gè)稱為“平均分度值”的修正值。
b.各種類型的數(shù)字顯示精密溫度計(jì)
需經(jīng)過計(jì)量機(jī)關(guān)的檢定,證明其測溫準(zhǔn)確度至少達(dá)到0.002K(經(jīng)過校正后),以保證測溫的準(zhǔn)確性。
3.2 附屬設(shè)備
3.2.1 溫度計(jì)讀數(shù)放大鏡和照明燈
為了使溫度計(jì)讀數(shù)能估計(jì)到0.001K,需要一個(gè)大約5 倍的放大鏡。通常放大鏡裝在一個(gè)鏡筒中,筒的后部裝有照明燈,用以照明溫度計(jì)的刻度。鏡筒借適當(dāng)裝置可沿垂直方向上、下移動(dòng),以便跟蹤觀察溫度計(jì)中水銀柱的位置。
3.2.2 振蕩器
電動(dòng)振蕩器,用以在讀取溫度前振動(dòng)溫度計(jì),以克服水銀柱和毛細(xì)管間的附著力。如無此裝置,也可用套有橡皮管的細(xì)玻璃棒等敲擊溫度計(jì)。
3.2.3 燃燒皿
鉑制品最理想,一般可用鎳鉻鋼制品。規(guī)格可采用高17mm、上部直徑26~27mm、底部直徑19~20mm、厚0.5min。其他合金鋼或石英制的燃燒皿也可使用,但以能保證試樣燃燒完全而本身又不受腐蝕和產(chǎn)生熱效應(yīng)為原則。
3.2.4 壓力表和氧氣導(dǎo)管
壓力表應(yīng)由兩個(gè)表頭組成:一個(gè)指示氧氣瓶中的壓力,一個(gè)指示充氧時(shí)氧彈內(nèi)的壓力。表頭上應(yīng)裝有減壓閥和保險(xiǎn)閥。壓力表每年應(yīng)經(jīng)計(jì)量機(jī)關(guān)至少檢定一次,以保證指示正確和操作安全。壓力表通過內(nèi)徑1~2mm 的無縫銅管與氧彈連接,以便導(dǎo)入氧氣。壓力表和各連接部分禁止與油脂接觸或使用潤滑油。如不慎沾污,必須依次用苯和酒精清洗,并待風(fēng)干后再用。
3.2.5 點(diǎn)火裝置
點(diǎn)火采用12~24V 的電源,可由220V 交流電源經(jīng)變壓器供給。線路中應(yīng)串接一個(gè)調(diào)節(jié)電壓的變阻器和一個(gè)指示點(diǎn)火情況的指示燈或電流計(jì)。點(diǎn)火電壓應(yīng)預(yù)先試驗(yàn)確定。方法:接好點(diǎn)火絲,在空氣中通電試驗(yàn)。在熔斷式點(diǎn)火的情況下,調(diào)節(jié)電壓使點(diǎn)火絲在1~2s 內(nèi)達(dá)到亮紅;在棉線點(diǎn)火的情況下,調(diào)節(jié)電壓使點(diǎn)火絲在4~5s 內(nèi)達(dá)到暗紅。電壓和時(shí)間確定后,應(yīng)準(zhǔn)確測出電壓、電流和通電時(shí)間,以便據(jù)以計(jì)算電能產(chǎn)生的熱量。如采用棉線點(diǎn)火,則在遮火罩以上的兩電極柱間連接一段直徑約0.3mm 的鎳鉻絲,絲的中部預(yù)先繞成螺旋數(shù)圈,以便發(fā)熱集中。再把棉線一端夾緊在螺旋中,另一端通過遮火罩中心的小孔(直徑1~2mm)搭接在試樣上。根據(jù)試樣點(diǎn)火的難易,調(diào)節(jié)棉線搭接的多少。
3.2.6 壓餅機(jī)
螺旋式或杠桿式壓餅機(jī)。能壓制直徑10mm 的煤餅或苯甲酸餅。模具及壓桿應(yīng)用硬質(zhì)鋼制成,表面光潔,易于擦試。
3.2.7 秒表或其他能指示10s 的計(jì)時(shí)器。
3.3 天平
3.3.1 分析天平:感量0.1mg。
3.3.2 工業(yè)天平:載重量4~5kg,感量1g。
4 試劑和材料
4.1 試劑
4.1.1 氧氣:不含可燃成分,因此不許使用電解氧。
4.1.2 苯甲酸:經(jīng)計(jì)量機(jī)關(guān)檢定并標(biāo)明熱值的苯甲酸。
4.1.3 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(供測彈筒洗液中硫用):濃度為0.1mol/L(相當(dāng)于0.1N)。
4.1.4 0.2%的甲基紅指示劑。
4.2 材料
4.2.1 點(diǎn)火絲:直徑0.1mm 左右的鉑、銅、鎳鉻絲或其他已知熱值的金屬絲,如使用棉線,則應(yīng)選用粗細(xì)均勻、不涂蠟的白棉線。各種點(diǎn)火絲點(diǎn)火時(shí)放出的熱量如下:
鐵絲:6700J/g(1602cal/g);
鎳鉻絲:1400J/g(335cal/g);
銅絲:2500J/g(598cal/g);
棉線:17500J/g(4185cal/g)。
4.2.2 酸洗石棉絨:使用前在800℃下灼燒30min。
4.2.3 擦鏡紙:使用前先測出燃燒熱。方法:抽取3~4 張紙,用手團(tuán)緊,稱準(zhǔn)質(zhì)量,放入燃燒皿中,然后按常規(guī)方法測定發(fā)熱量。取兩次結(jié)果的平均值作為標(biāo)定值。
5 測定步驟
5.1 恒溫式熱量計(jì)法
5.1.1 在燃燒皿中精確稱取分析試樣(小于0.2mm)1~1.1g(稱準(zhǔn)到0.0002g)。
燃燒時(shí)易于飛濺的試樣,可先用已知質(zhì)量的擦鏡紙包緊,或先在壓餅機(jī)中壓餅并切成2~4mm 的小塊使用。不易燃燒完全的試樣,可先在燃燒皿底鋪上一個(gè)石棉墊,或用石棉絨做襯墊(先在皿底鋪上一層石棉絨,然后以手壓實(shí))。石英燃燒皿不需任何襯墊。如加襯墊仍
燃燒不完全,可提高充氧壓力至3.0~3.2MPa(30~32atm),或用已知質(zhì)量和發(fā)熱量的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊,然后放入燃燒皿中。
5.1.2 取一段已知質(zhì)量的點(diǎn)火絲,把兩端分別接在兩個(gè)電極柱上,注意與試樣保持良好接觸或保持微小的距離(對易飛濺和易燃的煤),并注意勿使點(diǎn)火絲接觸燃燒皿,以免形成短路而導(dǎo)致點(diǎn)火失敗,甚至燒毀燃燒皿。同時(shí)還應(yīng)注意防止兩電極間以及燃燒皿與另一電極之間的短路。
往氧彈中加入10mL 蒸餾水。小心擰緊氧彈蓋,注意避免燃燒皿和點(diǎn)火絲的位置因受震動(dòng)而改變。接上氧氣導(dǎo)管,往氧彈中緩緩充入氧氣,直到壓力達(dá)到2.6~2.8MPa(26~28atm)。充氧時(shí)間不得少于30s。當(dāng)鋼瓶中氧氣壓力降到5.0MPa(50atm)以下時(shí),充氧時(shí)間應(yīng)酌量延長。
5.1.3 往內(nèi)筒中加入足夠的蒸餾水,使氧彈蓋的頂面(不包括突出的氧氣閥和電極)淹沒在水面下10~20mm。每次試驗(yàn)時(shí)用水量應(yīng)與標(biāo)定熱容量時(shí)一致(相差1g 以內(nèi))。水量最好用稱重法測定。如用容量法,則需對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)正。注意恰當(dāng)調(diào)節(jié)內(nèi)筒水溫,使終點(diǎn)時(shí)內(nèi)筒比外筒溫度高1K 左右,以使終點(diǎn)時(shí)內(nèi)筒溫度出現(xiàn)明顯下降。外筒溫度應(yīng)盡量接近室溫,相差不得超過1.5K。
5.1.4 把氧彈放入裝好水的內(nèi)筒中。如氧彈中無氣泡漏出,則表明氣密性良好,即可把內(nèi)筒放在外筒的絕緣架上;如有氣泡出現(xiàn),則表明漏氣,應(yīng)找出原因,加以糾正,重新充氧。然后接上點(diǎn)火電極插頭,裝上攪拌器和量熱溫度計(jì),并蓋上外筒和蓋子。溫度計(jì)的水銀球應(yīng)對準(zhǔn)氧彈主體(進(jìn)、出氣閥和電極除外)的中部,溫度計(jì)和攪拌器均不得接觸氧彈和內(nèi)筒??拷繜釡囟扔?jì)的露出水銀柱的部位,應(yīng)另懸一支普通溫度計(jì),用以測定露出柱的溫度。
5.1.5 開動(dòng)攪拌器,5min 后開始計(jì)時(shí)和讀取內(nèi)筒溫度(t0)并立即通電點(diǎn)火。隨后記下外筒溫度(tj)和露出柱溫度(te)。外筒溫度至少讀到0.05K,內(nèi)筒溫度借助放大鏡讀到0.001K。讀取溫度時(shí),視線、放大鏡中線和水銀柱頂端應(yīng)位于同一水平上,以避免視差對讀數(shù)的影響。每次讀數(shù)前,應(yīng)開動(dòng)振蕩器振動(dòng)3~5s。
5.1.6 觀察內(nèi)筒溫度(注意:點(diǎn)火后20s 內(nèi)不要把身體的任何部位伸到熱量計(jì)上方)。如在30s內(nèi)溫度急劇上升,則表明點(diǎn)火成功。點(diǎn)火后1min40s時(shí)讀取一次內(nèi)筒溫度(t1′40″),讀到0.01K即可。
5.1.7 接近終點(diǎn)時(shí),開始按1min 間隔讀取內(nèi)筒溫度。讀溫前開動(dòng)振蕩器,要讀到0.001K。
以第一個(gè)下降溫度作為終點(diǎn)溫度(tn)。試驗(yàn)主要階段至此結(jié)束。
注:一般熱量計(jì)由點(diǎn)火到終點(diǎn)的時(shí)間為8~10min。對一臺具體熱量計(jì),可根據(jù)經(jīng)驗(yàn),恰當(dāng)掌握。
5.1.8 停止攪拌,取出內(nèi)筒和氧彈,開啟放氣閥,放出燃燒廢氣,打開氧彈,仔細(xì)觀察彈筒和燃燒皿內(nèi)部,如果有試樣燃燒不完全的跡象或有炭黑存在,試驗(yàn)應(yīng)作廢。找出未燒完的點(diǎn)火絲,并量出長度,以便計(jì)算實(shí)際消耗量。用蒸餾水充分沖洗彈內(nèi)各部分、放氣閥、燃燒皿內(nèi)外和燃燒殘?jiān)?。把全部洗?/span>(共約100mL)收集在一個(gè)燒杯中供測硫使用(見本標(biāo)準(zhǔn)6.2.2 款)。
5.2 絕熱式熱量計(jì)法
5.2.1 按使用說明書安裝和調(diào)節(jié)熱量計(jì)。
5.2.2 按本標(biāo)準(zhǔn)5.1.1 款步驟準(zhǔn)備試樣。
5.2.3 按本標(biāo)準(zhǔn)5.1.2 款步驟準(zhǔn)備氧彈。
5.2.4 按本標(biāo)準(zhǔn)5.1.3 款步驟稱出內(nèi)筒中所需的水。調(diào)節(jié)水溫使其盡量接近室溫,相差不要超過5K,以稍低于室溫為最理想。內(nèi)筒溫度過低,易引起水蒸氣凝結(jié)在內(nèi)筒外壁;溫度過高,易造成內(nèi)筒水的過多蒸發(fā)。這都對測定的結(jié)果不利。
5.2.5 按本標(biāo)準(zhǔn)5.1.4 款步驟安放內(nèi)筒和氧彈以及裝置攪拌器和溫度計(jì)。
5.2.6 開動(dòng)攪拌器和外筒循環(huán)水泵,開通外筒冷卻水和加熱器。當(dāng)內(nèi)筒溫度趨于穩(wěn)定后,調(diào)節(jié)冷卻水流速,使外筒加熱器每分鐘自動(dòng)接通3~5次(由電流計(jì)或指示燈觀察)。如自動(dòng)控溫線路采用可控硅代替繼電器,則冷卻水的調(diào)節(jié)應(yīng)以加熱器中有微弱電流為準(zhǔn)。過大的電流只能徒然消耗電能。調(diào)好冷卻水后,開始讀取內(nèi)筒溫度,借助放大鏡讀到0.001K,每次讀數(shù)前,開動(dòng)振蕩器3~5s。當(dāng)5min 內(nèi)溫度變化不超過0.002K時(shí),即可通電點(diǎn)火,此時(shí)的溫度即為點(diǎn)火溫度t0。否則,調(diào)節(jié)電橋平衡鈕,直到內(nèi)筒溫度達(dá)到穩(wěn)定,再行點(diǎn)火。點(diǎn)火后6~7min,再以1min 間隔讀取內(nèi)筒溫度,直到連續(xù)三次讀數(shù)相差不超過0.001K為止。取最高的一次讀數(shù)作為終點(diǎn)溫度tn。
注:用鉑電阻為內(nèi)、外筒測溫元件的自動(dòng)控制系統(tǒng)中,在內(nèi)筒初始溫度下調(diào)定電橋的平衡位置后,到達(dá)終點(diǎn)溫度(一般比初始溫度高2~3K)后,內(nèi)筒溫度也能自動(dòng)保持穩(wěn)定。但在用半導(dǎo)體熱敏元件的儀器中,可能出現(xiàn)在初始溫度下調(diào)定的平衡位置,不能保持終點(diǎn)溫度的穩(wěn)定。凡遇此種情況時(shí),平衡鈕的調(diào)定位置應(yīng)服從終點(diǎn)溫度的需要。具體做法是:先按常規(guī)步驟安放氧彈和內(nèi)筒,但不必裝試樣和充氧。把內(nèi)筒水溫調(diào)節(jié)到可能出現(xiàn)的最高終點(diǎn)溫度。然后開動(dòng)儀器,攪拌5~10min。精確觀察內(nèi)筒溫度。根據(jù)溫度變化方向(上升或下降)調(diào)節(jié)平衡鈕位置,以達(dá)到內(nèi)筒溫度最穩(wěn)定為止,至少應(yīng)能達(dá)到每5min 內(nèi)變化不超過0.002K。平衡鈕的位置一經(jīng)調(diào)定后,就不要再動(dòng),只有在又出現(xiàn)終點(diǎn)溫度不穩(wěn)定的情況下,才需重新調(diào)定。按照上述方式調(diào)定的儀器,在使用步驟上應(yīng)做如下修正:裝好內(nèi)筒和氧彈后,開動(dòng)攪拌器、加熱器、循環(huán)水泵和冷卻水,攪拌5min 后(此時(shí)內(nèi)筒溫度可能緩慢持續(xù)上升),準(zhǔn)確讀取內(nèi)筒溫度并立即通電點(diǎn)火,而無需等內(nèi)筒溫度穩(wěn)定。
5.2.7 關(guān)閉攪拌器和加熱器(循環(huán)水泵繼續(xù)開動(dòng)),然后按本標(biāo)準(zhǔn)5.1.8 款步驟結(jié)束試驗(yàn)。
6 測定結(jié)果的計(jì)算
6.1 校正
6.1.1 溫度計(jì)刻度校正
根據(jù)檢定證書中所給的修正值(在貝克曼溫度計(jì)的情況稱為毛細(xì)孔徑修正值)校正點(diǎn)火溫度t0 和終點(diǎn)溫度tn,再由校正后的溫度(t0+h0) 和(tn+ h n)求出溫升,其中h 0 和h n 分別代表t0 和tn 的刻度修正值。
6.1.2 若使用貝克曼溫度計(jì),需進(jìn)行平均分度值的校正。
調(diào)定基點(diǎn)溫度后,應(yīng)根據(jù)檢定證書中所給的平均分度值計(jì)算該基點(diǎn)溫度下的對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫度(根據(jù)檢定證書所給的露出柱溫度計(jì)算而得)的平均分度值H0。在試驗(yàn)中,當(dāng)試驗(yàn)時(shí)的露出柱溫度te 與標(biāo)準(zhǔn)露出柱溫度相差3℃以上時(shí),按式(1)計(jì)算平均分度值H:
6.1.3 冷卻校正
絕熱式熱量計(jì)的熱量損失可以忽略不計(jì),因而無需冷卻校正。恒溫式熱量計(jì)的內(nèi)筒在試驗(yàn)過程中與外筒間始終發(fā)生熱交換,對此散失的熱量應(yīng)予校正,辦法是在溫升中加以一個(gè)校正值C,這個(gè)校正值稱為冷卻校正值,計(jì)算方法如下:
首先根據(jù)點(diǎn)火時(shí)和終點(diǎn)時(shí)的內(nèi)外筒溫差(t0-tj)和(tn-tj)從v-(t-tj)關(guān)系曲線(按本標(biāo)準(zhǔn)7.1~7.4 條標(biāo)定)中查出相應(yīng)的v0 和vn?;蚋鶕?jù)預(yù)先標(biāo)定出的式(2)、(3)計(jì)算出v0 和vn:
然后按式(4)計(jì)算冷卻校正值:
這樣,在測定步驟上就可刪去主期內(nèi)讀溫這一步,計(jì)算也將變得更簡單。但該公式不能用于發(fā)熱量計(jì)價(jià)和仲裁分析中。
注:當(dāng)內(nèi)筒使用貝克曼溫度計(jì),外筒使用普通溫度計(jì)時(shí),應(yīng)從實(shí)測的外筒溫度(見本標(biāo)準(zhǔn)第5.1.5 款)中減掉貝克曼溫度計(jì)的基點(diǎn)溫度后再當(dāng)做外筒溫度tj,用來計(jì)算內(nèi)、外筒溫差(t0-tj)和(tn-tj)。如內(nèi)、外筒都使用貝克曼溫度計(jì),則應(yīng)對實(shí)測的外筒溫度校正內(nèi)、外筒溫度計(jì)基點(diǎn)溫度之差,以便求得內(nèi)、外筒的真正溫差。
6.1.4 點(diǎn)火絲熱量校正
在熔斷式點(diǎn)火法中,應(yīng)由點(diǎn)火絲的實(shí)際消耗量(原用量減掉殘余量)和點(diǎn)火絲的燃燒熱計(jì)算試驗(yàn)中點(diǎn)火絲放出的熱量。
在棉線點(diǎn)火法中,首先算出所用的一根棉線的燃燒熱(剪下一定數(shù)量適當(dāng)長度的棉線,稱出它們的質(zhì)量,然后算出一根棉線的質(zhì)量,再乘以棉線的單位熱值),然后確定每次消耗的電能熱。
注:電能產(chǎn)生的熱量=電壓(V)×電流(A)×?xí)r間(s)。
二者放出的總熱量即為點(diǎn)火熱。
6.2 發(fā)熱量的計(jì)算
6.2.1 首先按式(6)、式(7)計(jì)算彈筒發(fā)熱量f
注:這里規(guī)定的對硫的校正方法中,略去了對煤樣中硫酸鹽的考慮。這對絕大多數(shù)煤來說影響不大,因?yàn)槊旱牧蛩猁}硫含量一般很低。但有些特殊煤樣,含量可達(dá)0.5%以上。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),煤樣燃燒后,由于灰的飛濺,一部分硫酸鹽硫也隨之落入彈筒,因此無法利用彈筒洗液來分別測定硫酸鹽硫和其他硫。遇此情況,為求高位發(fā)熱量的準(zhǔn)確,只有另行測定煤樣中的硫酸鹽硫或可燃硫,然后做相應(yīng)的校正。關(guān)于發(fā)熱量大于14.60kJ/g 的規(guī)定,在用包紙或摻苯甲酸的情況下,應(yīng)按包紙或添加物放出的總熱量來掌握。
7 熱容量和儀器常數(shù)標(biāo)定
7.1 計(jì)算發(fā)熱量所需的熱容量E 和恒溫式熱量計(jì)法中計(jì)算冷卻校正值所需的v-(t-tj)關(guān)系曲線或儀器常數(shù)k 和A 通過同一試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。
7.2 在不加襯墊的燃燒皿中稱取經(jīng)過干燥和壓餅的苯甲酸,餅重以0.9~1.1g 為宜。
苯甲酸應(yīng)預(yù)先研細(xì)并在盛有濃硫酸的干燥器中干燥3 天或在40~60℃烘箱中放置3~4h冷卻后壓餅。
苯甲酸也可在燃燒皿中熔融后使用。熔融可在121~126℃的烘箱中放置1h,或在酒精燈的小火焰上進(jìn)行,放入干燥器中冷卻后使用。熔體表面出現(xiàn)的針狀結(jié)晶,應(yīng)用小刷刷掉,以防燃燒不完全。
7.3 根據(jù)所用熱量計(jì)的類型(恒溫式或絕熱式),按照發(fā)熱量測定的相應(yīng)步驟準(zhǔn)備氧彈和內(nèi)、外筒,然后點(diǎn)火和測量溫升。在恒溫式熱量計(jì)的情況,開始攪拌5min 后準(zhǔn)確讀取一次內(nèi)筒溫度(T0),經(jīng)10min 后再讀取一次內(nèi)筒溫度(t0)。隨后即按發(fā)熱量測定步驟點(diǎn)火,記下外筒溫度(tj)和露出柱溫度(te),并繼續(xù)進(jìn)行到得出終點(diǎn)溫度(tn)(見本標(biāo)準(zhǔn)第5.1.5~5.1.7 款)。然后再繼續(xù)攪拌10min 并記下內(nèi)筒溫度(Tn),試驗(yàn)即告結(jié)束。打開氧彈,注意檢查內(nèi)部,如發(fā)現(xiàn)有炭黑存在,試驗(yàn)應(yīng)作廢。
.
在絕熱式熱量計(jì)的情況,上式中的冷卻校正值C 應(yīng)取零。
熱容量標(biāo)定應(yīng)進(jìn)行5 次重復(fù)試驗(yàn),其極限差值(最大值和最小值之差)如不超過40J/K,取5 次結(jié)果的平均值(修整到1J/K)作為儀器的熱容量。否則,再做一次或兩次試驗(yàn),取極限差值不超過40J/K 的5 次進(jìn)行平均。如果任何5 次結(jié)果的極限值差都超過40J/K,則應(yīng)對試驗(yàn)條件和操作技術(shù)仔細(xì)檢查并糾正存在問題后,再重新進(jìn)行標(biāo)定,而舍棄已有的全部結(jié)果。
注:當(dāng)例常測定中采用煤研Ⅱ式(式5)計(jì)算冷卻校正值時(shí),熱容量計(jì)算中也必須采用同一公式。
7.8 熱容量標(biāo)定值的有效期為3 個(gè)月,超過此期限時(shí)應(yīng)進(jìn)行復(fù)查。但有下列情況發(fā)生時(shí),應(yīng)立即重測:
a.更換量熱溫度計(jì);
b.更換熱量計(jì)大部件如氧彈蓋、連接環(huán)(由廠家供給的或自制的相同規(guī)格的小部件如氧彈的密封圈、電極柱、螺母等不在此列);
c.標(biāo)定熱容量同測定發(fā)熱量時(shí)的內(nèi)筒溫差超過5℃。
8 發(fā)熱量測定結(jié)果的表達(dá)
8.1 彈筒發(fā)熱量和高位發(fā)熱量的結(jié)果計(jì)算到1J/g,取高位發(fā)熱量的兩次重復(fù)測定的平均值按數(shù)字修約規(guī)則修改到最接近的10J/g 的倍數(shù),按kJ/g的形式報(bào)出。
9 允許差
9.1 同一實(shí)驗(yàn)室和不同實(shí)驗(yàn)室的允許差不應(yīng)超出表1 規(guī)定:
10 低位發(fā)熱量的計(jì)算
10.1 工業(yè)上多依應(yīng)用煤的低位發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。低位發(fā)熱量的計(jì)算方法如式(12):
f
注:由于彈筒發(fā)熱量算出的高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量都屬恒容狀態(tài),在實(shí)際工業(yè)燃燒中則是恒壓狀態(tài)。嚴(yán)格地講,工業(yè)計(jì)算中應(yīng)該使用恒壓低位發(fā)熱量。如有必要,可通過下式計(jì)算:
..11 各種不同基礎(chǔ)的煤的發(fā)熱量換算
各種不同基礎(chǔ)的煤的發(fā)熱量按式(13)、式(14)、式(15)互相換算:
附錄A
計(jì)算舉例(參考件)
下面用一個(gè)實(shí)例說明用恒溫式熱量計(jì)進(jìn)行的一次發(fā)熱量測定的記錄方式和結(jié)果計(jì)算;絕熱式熱量計(jì)測定結(jié)果的計(jì)算可仿此進(jìn)行,只是免除冷卻校正。
試驗(yàn)記錄:
試樣質(zhì)量G:1.0051g;
熱容量E:10053J/K;
貝克曼溫度計(jì)的基點(diǎn)溫度:22.22℃;
露出柱溫度te:24.20℃;
試樣的全硫含量SQ:1.20%。
讀溫記錄:
..__________________
附加說明:
本標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國煤炭工業(yè)部提出。
本標(biāo)準(zhǔn)由煤炭科學(xué)院北京煤炭化學(xué)研究所負(fù)責(zé)起草。
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人李英華。
本標(biāo)準(zhǔn)1963 年首次發(fā)布,1972 年第一次修訂。