《环工综合实验（2）》（固体废物热值测定实验）实验报告专业环境工程班级环工0902姓名王健指导教师余阳成绩东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一二年五月实验题目固体废物热值测定实验实验类别综合实验室学院楼2136 实验时间2012年 5 月11 日13:00时~ 16:20 时实验环境温度: 22.9℃相对湿度:60 % 同组人数4人（王玉佳、马莉、孙扬雨、王玥力）承诺人签名目录一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)（一）固体废物热值 (3)（二）热值测定 (3)（三）仪器使用方法 (4)三、实验仪器设备及试剂 (5)（一）实验仪器 (5)（二）部件说明 (6)（三）其余所用仪器 (8)四、实验步骤 (9)五、注意事项 (10)六、实验记录及原始数据 (11)七、数据处理及分析 (12)八、思考题 (13)一、 实验目的1.要使物质维持燃烧，就要求其燃烧释放出来的热量足以提供加热废物到达燃烧温度所需要的热量和发生燃烧反应所必须的活化能。
否则，就要消耗辅助燃料才能维持燃烧。
有害废物焚烧，一般需要热值为18600 kJ/kg 。
采用氧弹热量计可测定固体废物的发热量或固体废物的热值。
2.通过本实验要求掌握热值测定方法和氧弹热量计的基本操作方法。
二、 实验原理（一）固体废物热值焚烧的主要目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽量减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。
对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。
而焚烧炉中固体废弃物焚烧需要一定热值才能正常燃烧。
体废物热值是指单位质量固体废物在完全燃烧时释放出来的热量。
热值有两种表示方式，即高位热值（粗热值）和低位热值（净热值）。
若热值包含烟气中水的潜热，则该热值是高位热值。
反之，若不包含烟气中的潜热，则该热值就是低位热值。
要使固体废物能维持正常焚烧过程，就要求其具有足够的热值。
即在进行焚烧时，垃圾焚烧释放出来的热量足以加热垃圾，并使之到达燃烧所需要的温度或者具备发生燃烧所必需的活化能。
否则，便需要添加辅助燃料才能维持正常燃烧。
计算热值有许多方法，如热量衡算法（精确法）、工程算法、经验公式法、半经验公式法。
焚烧过程进行着一系列能量转换和能量传递，是一个热能和化学能的转换过程。
固体废物和辅助燃料的热值、燃烧效率、机械热损失及各物料的潜热和显热等，决定了系统的有用热量，最终也决定了焚烧炉的火焰温度和烟气温度。
（二）热值测定① 任何一种物质，在一定的温度下，物料所获得的热量（Q ）：Q = C·Δt = mq式中：C —— 热容量，J/K ；m —— 质量，g ；Δt —— 初始温度与燃烧温度之差，K ；q —— 物料发热量。
所以，热容量（C ）：tmq =C 在操作温度一定、热量计中水体积一定、水纯度稳定的条件下，C 为常数，氧弹热量计系统的热容量也是固定的，当固体废物燃烧发热时，会引起热量计中水温变化（Δt ），通过探头测定而得到固体废物的发热量。
发热量（q ）为：mt C =q ∆• 式中：m —— 待测物质量② 热容量（J/℃）计算公式 TVQ M Q M Q E 32211∆++= 式中：E —— 热量计热容量，J/℃；Q1——苯甲酸标准热值，J/g ；M1——苯甲酸重量，g ；Q2——引燃（点火）丝热值，J/g ；M2——引燃（点火）丝重量，g ；V ——消耗的氢氧化钠溶液的体积，ml ；Q3——硝酸生成热滴定校正（0.1mol 的硝酸生成热为5.9J ），J/g ；ΔT —— 修正后的量热体系温升，℃；计算方法如下：ΔT = (t n –t 0) +Δθn 1n 1i n i n 00n 0n nV )n t 2t t (V V +θ-++θ-θ-=θ∆∑-=式中：V 0和V n —— 初期和末期的温度变化率，℃/30s ；θ0和θn —— 初期和末期的平均温度，℃；n —— 主期读取温度的次数；t i —— 主期按次序温度的读数；③ 试样热值（J/g ）的计算公式GGd T E Q ∑-∆•= 式中：∑Gd —— 添加物产生的总热量，J ；G —— 试样重量，g ；其它符号同上式。
（三）仪器使用方法① 一开机后，只要不按“点火”键，仪器逐次自动显示温度数据100个，测温次数从00到99递增，每半分钟一次，并伴有蜂鸣器的鸣响，此时按动“结束键”键或“复位”键能使显示测温次数复零。
②按动“点火”键后，氧弹内点火丝得到约24 V交流电压，从而烧断点火丝，点燃坩埚中的样品，同时，测量次数复零。
以后每隔半分钟测温一次并贮存测温数据共31个，当测温次数达到31后，测温次数就自动复零。
③当样品燃烧，内筒水开始升温，平缓到顶后，开始下降，当有明显降温趋势后，可按“结束”键，然后按动“数据”键，可使00次、01次、02次……一直到按“结束”键时的测温次数为止的测量温度数据重新逐一在五位数码管上显示出来，操作人员可进行记录和计算，或与实时笔录的温度数据（注：电脑贮存的数据是蜂鸣器鸣响的那一秒的温度值）核对后计算ΔT和热值。
当操作人员每按一次“数据”键，被贮存的温度数据和测温次数自动逐个显示出来，方便操作人员查看测温记录。
注：在读取数据状态，“点火”键不起作用，若需重新测量，必须先按“结束”键，使仪器回到测温状态。
④按“复位”键后，可重新实验。
⑤关掉电源，原贮存的温度数据也将自动被清除。
三、实验仪器设备及试剂（一）实验仪器左图为实验用数显氧弹式热量计1、氧弹2、数字温差测量仪3、内桶4、抛光挡板5、水保温层6、搅拌器其中2兼有数显控制器的功能1、厚壁圆筒2、弹盖3、螺帽4、进气孔5、排气孔6、电极（兼燃烧皿托架）7、燃烧皿8、另一电极（与4相连）9、火焰遮板（固定在8上）（二）部件说明1、自密封式氧弹（简称氧弹）为了防止燃烧生成的酸对氧弹的腐蚀，全部结构采用不锈钢1Cr18Ni9Ti 制成，氧弹的结构由三个部分组成；一个容积为300 毫升的圆筒形弹体，一个盖子和一个联接盖和弹体的环，弹体内径为58 毫米，深103 毫米，壁厚为内径的1/10，底和盖的厚度稍大，强度足够耐受固体燃烧时产生的最大压力（60～70 大气压），并能耐受液体燃料所产生的更大压力。
氧弹采用自动密封橡胶垫圈，当氧弹内充氧到一定压力时，橡胶垫圈因受压而与弹体和弹盖氧弹卡计安装示意图 氧弹构造密接，造成两者间的气密性。
且筒内外压力差越大，密封性能越好。
中间气阀也因受压紧密闭合，氧气从中间气阀螺钉四周进入筒内，不会直接充压试样，点火时又可保护弹顶密封系统。
本氧弹具备操作方便，结构合理可靠，使用寿命长等优点。
2、水套（外筒）水套是双层容器，实验时充满水，通过水套搅拌器使筒内水温均匀，形成恒温环境，水筒放在水套中的一个具有三个支点的绝缘支架上。
水套备有上有小孔的胶木盖，便于插入测温探头，点火线等，盖下面衬有抛光金属板。
3、水筒（内筒）水筒全部由不锈钢薄板制成，截面为梨行，以减少与外筒间的辐射作用。
当氧弹放入水筒后，可加水淹没氧弹，而水面至内筒上边缘约有250～500 毫升的空间，水筒的装水量一般为3000 克（氧弹搁在弹头座架上），水筒内设有电动搅拌器。
4、搅拌器搅拌器由同步电动机带动，搅拌速度为500 转/分，转速平稳。
通过搅拌器螺旋桨的运动，使试样燃烧放出的热量尽快在量热系统内均匀散布。
电动机与搅拌器间用绝热固定板连接，以防止因电机产生的热而影响测量精度。
外筒搅拌器为手拉式搅拌器，上下拉动数次即能使外筒水温均匀，给内筒形成一个恒温的外部环境。
5、工业用玻璃棒温度计温度计的刻度范围为(0～50)℃，最小分度为0.1℃，用来测量水套水温。
6、点火丝点火时通入24V 交流电，引燃点火丝。
点火丝一般用直径0.1 毫米左右的镍铬丝做成。
当有电流通过时, 镍铬丝被烧成赤热并在很短时间内熔断,引燃试样。
7、气体减压器YQY-370 气体减压器或SJT-10 型气体减压器用于瓶装氧气减压用。
它能保持稳定和足够的流量送到氧弹中，进气最高工作压力为15MPa，最低工作压力不低于工作压力的2 倍。
该减压器带有两个压力表，其中一个指示氧气瓶内的压力，可指示(0～25) MPa，另一个表指示被充氧气的氧弹的压力，可指示(0～6) MPa。
两个表之间装有减压阀，压力表每年至少经国家机关检查一次，以保证指示读数正确和使用安全。
各连接部分禁止使用润滑油，必要时只能使用甘油，涂抹量不应过多，若任一连接部分被油类污染，必须用汽油或酒精洗净并风干。
压片机它是一种螺旋杠杆式压饼机，能压制直径约10mm 的煤饼或苯甲酸饼，压模及冲杆用硬质钢制成，表面光洁，容易擦拭。
压制时，模子或底片由可移动的垫块支承，压好后，可将垫块移动一边取出模子或试样。
该压饼机底板上设有用以固定在桌面上的螺钉孔，不用时，应在易生锈部位涂上防锈油脂。
注：压饼机为选配件。
9、控制器面板使用说明本仪器采用了微控制器为基础的高性能测温系统，测温精度高，稳定性好，测量精度为0.001℃,且读数方便。
本仪器可将样品测量全过程中的测温数据存入存储器内,或一次测量完后反复多次读出，全盘取代了以前使用的贝克曼温度计。
控制器面板上设置有电源、搅拌、数据、结束、点火、复位六个电子开关按键和七位数码管，能对样品热值测定进行全过程操作和温度显示。
其中左边两位数字代表测温次数，右边五位代表测量的实际温度，本仪器测温范围为10℃～35℃。
（三）其余所用仪器①苯甲酸标准物质：苯甲酸为无色、无味片状晶体。
熔点122.13℃，沸点249℃，相对密度 1.2659（15/4℃）。
在100℃时迅速升华，它的蒸气有很强的刺激性，吸入后易引起咳嗽。
微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
苯甲酸是弱酸，比脂肪酸强。
它们的化学性质相似，都能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等，都不易被氧化。
苯甲酸的苯环上可发生亲电苯甲酸取代反应，主要得到间位取代产。
羧基直接与苯环碳原子相连接的最简单的芳香酸。
分子式C6H5COOH。
苯甲酸又称安息香酸。
以游离酸、酯或其衍生物的形式广泛存在于自然界中，例如，在安息香胶内以游离酸和苄酯的形式存在；在一些植物的叶和茎皮中以游离的形式存在；在香精油中以甲酯或苄酯的形式存在；在马尿中以其衍生物马尿酸的形式存在。
最初苯甲酸是由安息香胶干馏或碱水水解制得，也可由马尿酸水解制得。
工业上苯甲酸是在钴、锰等催化剂存在下用空气氧化甲苯制得；或由邻苯二甲酸酐水解脱羧制得。
苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂，也可作染色和印色的媒染剂。
②点火丝（铜丝）③固体废物（粉煤灰）：是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。
