發(fā)熱量測定方法知識點解說

1、發(fā)熱量測定方法一、儀器設(shè)備 1熱量計 通用的熱量計有兩種：恒溫式和絕熱式。它們的差別只在于外筒及附屬的自動控溫裝置，其余部分無明顯區(qū)別。（1）氧彈 由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻鉬合金鋼制成，需要具備三個主要性能：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)； 能承受充氧壓力和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時高壓；試驗過程中能保持完全氣密。 彈筒容積為250350mL，彈蓋上應(yīng)裝有供充氧和排氣的閥門以及點火電源的接線電極。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，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度有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如杯體和連接環(huán)的螺紋、氧氣

2、閥和電極同彈蓋的連接處等，如發(fā)現(xiàn)顯著磨損或松動，應(yīng)進行修理，并經(jīng)水壓試驗后再用。 另外，還應(yīng)定期對氧彈進行水壓試驗，每次水壓試驗后，氧彈的使用時間不得超過一年。 （2）內(nèi)筒 用紫銅、黃銅或不銹鋼制成，斷面可為圓形、菱形或其他適當形狀。筒內(nèi)裝水20003000mL，以能浸沒氧彈(進、出氣閥和電極除外)為準。內(nèi)筒外面應(yīng)電鍍拋光，以減少與外筒間的輻射作用。 （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1012mm 的間距，外筒底部有絕緣支架，以便放置內(nèi)筒。 恒溫式外筒：恒溫式熱量計配置恒溫式外筒。盛滿水的外筒的熱容量應(yīng)不小于熱量計熱容量的

3、5倍，以便保持試驗過程中外筒溫度基本恒定。外筒外面可加絕緣保護層，以減少室溫波動的影響。用于外筒的溫度計應(yīng)有0.1K的最小分度值。 絕熱式外筒：絕熱式熱量計配置絕熱式外筒，外筒中裝有電加熱器，通過自動控溫裝置，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)。自動控制裝置的靈敏度，應(yīng)能達到使點火前和終點后內(nèi)筒溫度保持穩(wěn)定(5min內(nèi)溫度變化不超過0.002K)；在每次試驗的升溫過程中，內(nèi)外筒間的熱交換量應(yīng)不超過20J。 （4）攪拌器 螺旋槳式，轉(zhuǎn)速400600r/min 為宜，并應(yīng)保持穩(wěn)定。攪拌效率應(yīng)能使熱容量標定中由點火到終點的時間不超過10min，同時又要避免產(chǎn)生過多

4、的攪拌熱(當內(nèi)、外筒溫度和室溫一致時，連續(xù)攪拌10min所產(chǎn)生的熱量不應(yīng)超過120J)。 （5）量熱溫度計 內(nèi)筒溫度測量誤差是發(fā)熱量測定誤差的主要來源。對溫度計的正確使用具有特別重要的意義。 玻璃水銀溫度計 常用的玻璃水銀溫度計有兩種：一是固定測溫范圍的精密溫度計，一是可變測溫范圍的貝克曼溫度計。兩者的最小分度值應(yīng)為0.01K，使用時應(yīng)根據(jù)計量機關(guān)檢定證書中的修正值做必要的校正。兩種溫度計應(yīng)每隔0.5K 檢定一點，以得出刻度修正值(貝克曼溫度計則稱為毛細孔徑修正值)。貝克曼溫度計除這個修正值外還有一個稱為“平均分度值”的修正值。 各種類型的數(shù)字顯示精密溫度計 需經(jīng)過計量機關(guān)的檢定，證明其測溫準

5、確度至少達到0.002K(經(jīng)過校正后)，以保證測溫的準確性。 2附屬設(shè)備 （1）溫度計讀數(shù)放大鏡和照明燈 為了使溫度計讀數(shù)能估計到0.001K，需要一個大約5倍的放大鏡。通常放大鏡裝在一個鏡筒中，筒的后部裝有照明燈，用以照明溫度計的刻度。鏡筒借適當裝置可沿垂直方向上、下移動，以便跟蹤觀察溫度計中水銀柱的位置。 （2）振蕩器 電動振蕩器，用以在讀取溫度前振動溫度計，以克服水銀柱和毛細管間的附著力。如無此裝置，也可用套有橡皮管的細玻璃棒等敲擊溫度計。 （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2627mm、底部直徑1920mm、厚0.5mm。其他合金鋼或石英制的

6、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。 （4）壓力表和氧氣導(dǎo)管 壓力表應(yīng)由兩個表頭組成：一個指示氧氣瓶中的壓力，一個指示充氧時氧彈內(nèi)的壓力。表頭上應(yīng)裝有減壓閥和保險閥。壓力表每年應(yīng)經(jīng)計量機關(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12mm 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，并待風干后再用。 （5）點火裝置 點火采用1224V 的電源，可由220V 交流電源經(jīng)變壓器供給。線路中應(yīng)串接一個調(diào)節(jié)電壓的變阻器和一個指示點火情況的指示燈或電流計。點火電壓應(yīng)預(yù)先試驗確定。方

7、法：接好點火絲，在空氣中通電試驗。在熔斷式點火的情況下，調(diào)節(jié)電壓使點火絲在12s 內(nèi)達到亮紅；在棉線點火的情況下，調(diào)節(jié)電壓使點火絲在45s 內(nèi)達到暗紅。電壓和時間確定后，應(yīng)準確測出電壓、電流和通電時間，以便據(jù)此計算電能產(chǎn)生的熱量。如采用棉線點火，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12mm)搭接在試樣上。根據(jù)試樣點火的難易，調(diào)節(jié)棉線搭接的多少。 （6）壓餅機 螺旋式或杠桿式壓餅機。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，易于擦拭。 （7）秒

8、表或其他能指示10s 的計時器。 3天平 （1）分析天平：感量0.1mg。 （2）工業(yè)天平：載重量45kg，感量1g。 二、試劑和材料 1試劑 （1）氧氣：不含可燃成分，因此不許使用電解氧。 （2）苯甲酸：經(jīng)計量機關(guān)檢定并標明熱值的苯甲酸。 （3）氫氧化鈉標準溶液(供測彈筒洗液中硫用)：濃度為0.1mol/L(相當于0.1N)。 （4）0.2%的甲基紅指示劑。 2材料 （1）點火絲：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)選用粗細均勻、不涂蠟的白棉線。各種點火絲點火時放出的熱量如下： 鐵絲：6700J/g； 鎳鉻絲：1400J/g； 銅絲：2500J/g； 棉

9、線：17500J/g。 （2）酸洗石棉絨：使用前在800下灼燒30min。 （3）擦鏡紙：使用前先測出燃燒熱。方法：抽取34 張紙，用手團緊，稱準質(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)果的平均值作為標定值。 三、測定步驟 1恒溫式熱量計法 （1）在燃燒皿中精確稱取分析試樣(小于0.2mm)11.1g(稱準到0.0002g)。燃燒時易于飛濺的試樣，可先用已知質(zhì)量的擦鏡紙包緊，或先在壓餅機中壓餅并切成24mm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)。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

10、壓力至3.03.2MPa(3032atm)，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。 （2）取一段已知質(zhì)量的點火絲，把兩端分別接在兩個電極柱上，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)，并注意勿使點火絲接觸燃燒皿，以免形成短路而導(dǎo)致點火失敗，甚至燒毀燃燒皿。同時還應(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火絲的位置因受震動而改變。接上氧氣導(dǎo)管，往氧彈中緩緩充入氧氣，直到壓力達到2.62.8MPa(2628atm)。充氧時間不得少于30s。當鋼瓶中氧氣壓力降到5.0MPa(

11、50atm)以下時，充氧時間應(yīng)酌量延長。 （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1020mm。每次試驗時用水量應(yīng)與標定熱容量時一致(相差1g 以內(nèi))。水量最好用稱量法測定。如用容量法，則需對溫度變化進行補正。注意恰當調(diào)節(jié)內(nèi)筒水溫，使終點時內(nèi)筒比外筒溫度高1K 左右，以使終點時內(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。 （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。然后接上點火電極插頭，裝上攪拌器和量熱溫度計，并

12、蓋上外筒的蓋子。溫度計的水銀球應(yīng)對準氧彈主體(進、出氣閥和電極除外)的中部，溫度計和攪拌器均不得接觸氧彈和內(nèi)筒?？拷繜釡囟扔嫷穆冻鏊y柱的部位，應(yīng)另懸一支普通溫度計，用以測定露出柱的溫度。 （5）開動攪拌器，5min后開始計時和讀取內(nèi)筒溫度(t0)并立即通電點火。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，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)開動振蕩器振動35s。 （6）觀察內(nèi)筒溫度(注意：點火后20s 內(nèi)不要把身體的任何部位伸到熱量計上方)。如在30s內(nèi)溫度急劇上升

13、，則表明點火成功。點火后1min40s (140)時讀取一次內(nèi)筒溫度，讀到0.01K即可。 （7）接近終點時，開始按1min 間隔讀取內(nèi)筒溫度。讀溫前開動振蕩器，要讀到0.001K。以第一個下降溫度作為終點溫度(tn)。試驗主要階段至此結(jié)束。 注：一般熱量計由點火到終點的時間為810min。對一臺具體熱量計，可根據(jù)經(jīng)驗，恰當掌握。 （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，試驗應(yīng)作廢。找出未燒完的點火絲，并量出長度，以便計算實際消耗量。用蒸餾水充分沖洗彈內(nèi)各部分、放氣閥、燃燒皿內(nèi)外和燃燒殘渣。把全部洗液

14、(共約100mL)收集在一個燒杯中供測硫使用。 2絕熱式熱量計法 （1）按使用說明書安裝和調(diào)節(jié)熱量計。 （2）按恒溫式熱量計法的步驟準備試樣。 （3）按恒溫式熱量計法的步驟準備氧彈。 （4）按恒溫式熱量計法的步驟稱出內(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）按恒溫式熱量計法的步驟安放內(nèi)筒和氧彈以及裝置攪拌器和溫度計。 （6）開動攪拌器和外筒循環(huán)水泵，開通外筒冷卻水和加熱器。當內(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接通35次(由電流

15、計或指示燈觀察)。如自動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。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，開動振蕩器35s。當5min內(nèi)溫度變化不超過0.002K 時，即可通電點火，此時的溫度即為點火溫度t0。否則，調(diào)節(jié)電橋平衡鈕，直到內(nèi)筒溫度達到穩(wěn)定，再行點火。點火后67min，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)作為終點溫度tn。 （7）關(guān)閉攪拌器和加熱器(循環(huán)水泵繼續(xù)開動)，然后按恒溫式熱量計法的步驟結(jié)束試驗。 3自動氧彈熱量計 目前許多實驗室

16、已配置了自動氧彈熱量計，自動氧彈熱量計仍使用氧彈量熱法，電腦自動記錄溫度并完成數(shù)據(jù)的處理和計算，最后由打印機將發(fā)熱量測定結(jié)果打印出來， 同時具有操作簡便、快速、準確等優(yōu)點。四、發(fā)熱量測定結(jié)果的校正和計算測定結(jié)束后，按國標規(guī)定的方法進行溫度校正、冷卻校正和點火絲熱量校正，然后進行發(fā)熱量的計算。1彈筒發(fā)熱量的計算(1)恒溫式熱量計按下式計算： 式中 Qb,ad 分析試樣的彈筒發(fā)熱量，J/g； E 熱量計的熱容量，J/K； H 貝克曼溫度計露出柱溫度校正系數(shù)； m 試樣質(zhì)量，g； q1 點火絲產(chǎn)生的熱量，J； q2 添加物（如擦鏡紙等）產(chǎn)生的總熱量，J； tn 終點時內(nèi)筒溫度，K； t0 點火時內(nèi)筒

17、溫度，K； hn tn時溫度計刻度修正值，K； h0 t0時溫度計刻度修正值，K； C 冷卻校正值，K。(2)絕熱式熱量計按下式計算： 式中符號意義同上。2高位發(fā)熱量的計算 高位發(fā)熱量按下式計算： 式中 Qgr,ad 分析試樣的高位發(fā)熱量，J/g； Sb,ad 由彈筒洗液測得的煤的含硫量，%； 94.1 煤中每1%的硫的校正值，J； a 硝酸校正系數(shù)。根據(jù)Qb,ad的大小a取值如下：Qb,ad < 16700J/g a = 0.00116700J/g < Qb,ad < 25100J/g a = 0.0012Qb,ad > 25100J/g a = 0.00163低位發(fā)熱量的計算 工業(yè)上在設(shè)計和計算煤耗時，都需用煤的發(fā)熱量作為計算依據(jù)。低位發(fā)熱量按下式計算： 式中 Qnet,ar 應(yīng)用煤的低位發(fā)熱量，J/g； Qgr,ad 分析煤樣的高位發(fā)熱量，J/g； Mt 應(yīng)用煤的全水分，%； Mad 分析煤樣的水分，%； Had 分析煤樣的氫含量，%。 由彈筒發(fā)熱量算出的高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量均屬恒容狀態(tài)，而工業(yè)計算中應(yīng)使