下载文档原格式
煤的发热量测定方法GB/T213-2008代替GB/T213-2003 （2008-07-29发布、2009-05-01实施）适用于泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭、碳质页岩等固体矿物燃料及水煤浆1.发热量的测定原理是什么？答：将单位质量的试样放在充有过量氧气的氧弹内燃烧，放出的热量被一定量的水吸收，根据水温的升高来计算试样的发热量。
要准确测得发热量需要解决两个问题：①、要预知仪器热容量；即量热系统温度升高1℃所吸收的热量，一般用基准物苯甲酸标定仪器来解决；即试样燃烧后释放出的热量不仅被水吸收，还会被氧弹本身、水筒、搅拌器和温度计吸收。
②、量热系统与外界的热交换问题，可通过控制水套温度或校正量热系统与外界的热交换来解决。
③、测定过程中引入额外热量校正问题。
主要有搅拌热、点火热、添加热。
发热量的测定由两个独立的试验组成：①热容量标定，②试样的燃烧试验；试验过程分初期、主期（燃烧反应期）和末期。
对于绝热式热量计，初期和末期是为了确定开始点火的温度和终点的温度，对于恒温式热量计，初期和末期作用是确定热量计的热交换特性，以便在燃烧反应主期内对热量计内筒和外筒的热交换进行正确的校正。
2.什么是弹筒发热量？什么是高位发热量？什么是低位发热量？答：①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，其燃烧后的物质组成氧气、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成为弹筒发热量。
②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，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量。
恒容高位发热量是由弹筒发热量减去硝酸形成热和硫酸校正热后得到的发热量。
③恒容低位发热量：单位质量的试样在恒容条件下，在有过量氧气中燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量。
恒容低位发热量是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。
《煤的发热量测定方法》标准版本号： GB/T 213 —20082008-07-29 发布2009-05-01 实施【教学内容】 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【教学目的】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【教学重点】 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【教学难点】煤的发热量测定原理、操作步骤和数据处理【教学时数】 2 课时§1. 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§2. 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。
煤的发热量测定1.发热量的表示单位有哪些？它们的定义是什么？相互间怎样进行换算？国内、外过去和目前常用的热量单位有三种：焦耳（J），卡（cal）和英制热量单位（Btu）。
（1）焦耳（J）1 焦耳等于1牛顿的力使其作用点在力的方向上移动1米所做的功。
1焦耳=1牛顿×1米=1牛顿·米（N·m）焦耳是一种能量单位，也是我国法定计量单位中规定的热量单位。
煤的发热量测定方法国家标准GB/T213规定用焦耳/克（J/g）和兆焦（MJ/kg）来表示煤的发热量。
J/g与MJ/kg有如下的关系：1MJ/kg=10³J/gx J/g=x×310 MJ/kg例如，测得一煤样的低位发热量为23578J/g，若以MJ/kg表示就应为23.578MJ/kg。
（2）卡（cal）1卡等于将1克纯水温度升高1℃所需要的热量。
由于水的比热随温度的变化而有所不同，也即每1克水在不同的温度下升高1℃所需要的热量不同，因而在不同温度下定义的“卡”所包含的真实热量是不同的。
因此，人们在以“卡”为单位表示热量时必须注意到所用“卡”的真正含义。
国内外常用的“卡”有一下三种：a、卡20℃（cal20℃）1卡20℃等于将1克纯水的温度从19.5℃升高到20.5℃时所需要的热量。
1卡20℃=4.1816J卡20℃是我国以前一直采用的表示热量的单位。
因为我国标准苯甲酸的标准热值一直是以卡20℃为单位，用这种苯甲酸标定出来的热容量是卡20℃/℃，借此计算出来的发热量必定是以卡20℃为单位的。
b、卡15℃（cal15℃）1卡15℃等于将1g纯净水的温度从14.5℃升高到15.5℃时所需要的热量。
1卡15℃=4.1855Jc、国标蒸气表卡IT(cal IT)这是在1956年伦敦第五届国际蒸气性质大会上定义的卡。
1卡IT=4.1868J由此可以看出，用“卡”作为煤的发热量表示单位很不利于国际间的贸易和技术交流，稍不注意就会发生很多错误和误会。
煤的发热量是单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量，以符号Q表示。
发热量的国际单位是J（焦耳）／g，中国过去使用cal（卡）／g。
(1J/g=0.239Cal/g)煤的发热量是评价煤质和热工计算的重要指标。
在煤的燃烧或转化过程中，常用煤的发热量来计算热平衡、耗煤量和热效率。
对动力用煤，其发热量是确定价格的主要依据。
在国际和中国煤炭分类中，煤的发热量还是低煤化度煤的分类指标之一。
1 煤发热量的测定方法国家标准（GB213）规定用氧弹量热法测定煤的发热量。
（1）氧弹量热法的测定原理将l～1.1g空气干燥煤样放入不锈钢制的耐压氧弹中，用氧气瓶将氧弹充氧至2.6～2.8MPa利用电流加热弹筒内的金属丝使煤样着火，试样在压力和过量的氧气中完全燃烧，产生CO2和H2O，灰和燃烧产物被水吸收后生成H2SO4和HNO3。
燃烧产生的热量被内套筒中的水吸收，根据水温的上升并进行一系列温度校正后，可计算出单位质量煤燃烧所产生的热量，称为弹筒发Qb.ad。
由于弹筒发热量是在恒定容器下测定的，所以它是恒容发热量。
(2) 煤的恒容高位发热量在弹筒内煤的燃烧是在高温高压下进行，所以试样中的氮和弹筒内氧气生成氧化物并溶解在水中变为稀硝酸；若试样是在空气中燃烧，其中的氮则成为游离氮逸出。
煤中的硫在空气中燃烧只生成SO2逸出，而在弹筒内则生成稀硫酸。
上述稀HNO3及稀H2SO4的生成及溶解于弹筒内的水中均为放热反应。
从上述弹筒发热量中减去硝酸、硫酸的生成热和溶解热后即得到煤的恒容高位发热量，其代表符号为Qgr.v.ad,计算式如下：Qgr.v.ad=Qb.ad—(95Sb.ad+a.Qb.ad)式中Qgr,v,ad ——煤的空气干燥基恒容高位发热量，J/g；Qb. ad ——煤的空气干燥基弹筒发热量，J/g；Sb,ad ——由弹筒洗液测得的煤的空气干燥基硫含量，％；95——煤中每1％的硫的校正值，J（硫酸生成热校正系数）；a——硝酸生成热校正系数，无烟煤为0.0010，对其他煤为0.0015。
煤的发热量测定方法煤的发热量测定方法GB213—87代替GB213—79Determination of calorific value of coal国家标准局1987-03-30 批准1988-02-01 实施本标准规定了煤的高位发热量的测定方法和低位发热量的计算方法，适用于泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤和炭质页岩的发热量测定。
1 定义1.1 热量单位热量的单位为J〔焦(耳)〕。
1J〔焦(耳)〕=1N·m(牛顿·米)=107erg(尔格)。
我国过去惯用的热量单位为20℃卡，以下简称卡(cal)。
1cal(20℃)=4.1816J。
1.2 发热量的表示方法发热量测定结果以kJ/g(千焦/克)或MJ/kg(兆焦/千克)表示。
1.2.1 弹筒发热量在氧弹中，在有过剩的氧的情况下〔氧气初始压力2.6～3.0MPa(26～30atm)〕，燃烧单位质量的试样所产生的热量称为弹筒发热量。
燃烧产物为二氧化碳、硫酸、硝酸、呈液态的水和固态的灰。
注：任何物质(包括煤)的燃烧热，随燃烧产物的最终温度而改变，温度越高，燃烧热越低。
因此，一个严密的发热量定义，应对烧烧产物的温度有所规定。
但在实际测定发热量时，由于具体条件的限制，把终点温度限定在一个特定的温度或一个很窄的范围内都是不现实的。
温度每升高1K，煤和苯甲酸的燃烧热约降低0.4～1.3J/g。
当按规定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全抵销，而无需加以考虑。
1.2.2 恒容高位发热量煤在工业装置的实际燃烧中，硫只生成二氧化硫，氮则成为游离氮，这是同氧弹中的情况不同的。
由弹筒发热量减掉稀硫酸生成热和二氧化硫生成热之差以及稀硝酸的生成热，得出的就是高位发热量。
因为弹筒发热量的测定是在恒定容积(即弹筒的容积)下进行的，由此算出的高位发热量也相应地称为恒容高位发热量，它比工业上的恒压(即大气压力)状态下的发热量约低8～16J/g，一般可忽略不计。
煤的发热量测定方法煤的发热量测定方法GB213—87代替GB213—79Determination of calorific value of coal国家标准局1987-03-30 批准1988-02-01 实施本标准规定了煤的高位发热量的测定方法和低位发热量的计算方法，适用于泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤和炭质页岩的发热量测定。
1 定义1.1 热量单位热量的单位为J〔焦(耳)〕。
1J〔焦(耳)〕=1N·m(牛顿·米)=107erg(尔格)。
我国过去惯用的热量单位为20℃卡，以下简称卡(cal)。
1cal(20℃)=4.1816J。
1.2 发热量的表示方法发热量测定结果以kJ/g(千焦/克)或MJ/kg(兆焦/千克)表示。
1.2.1 弹筒发热量在氧弹中，在有过剩的氧的情况下〔氧气初始压力2.6～3.0MPa(26～30atm)〕，燃烧单位质量的试样所产生的热量称为弹筒发热量。
燃烧产物为二氧化碳、硫酸、硝酸、呈液态的水和固态的灰。
注：任何物质(包括煤)的燃烧热，随燃烧产物的最终温度而改变，温度越高，燃烧热越低。
因此，一个严密的发热量定义，应对烧烧产物的温度有所规定。
但在实际测定发热量时，由于具体条件的限制，把终点温度限定在一个特定的温度或一个很窄的范围内都是不现实的。
温度每升高1K，煤和苯甲酸的燃烧热约降低0.4～1.3J/g。
当按规定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全抵销，而无需加以考虑。
1.2.2 恒容高位发热量煤在工业装置的实际燃烧中，硫只生成二氧化硫，氮则成为游离氮，这是同氧弹中的情况不同的。
由弹筒发热量减掉稀硫酸生成热和二氧化硫生成热之差以及稀硝酸的生成热，得出的就是高位发热量。
因为弹筒发热量的测定是在恒定容积(即弹筒的容积)下进行的，由此算出的高位发热量也相应地称为恒容高位发热量，它比工业上的恒压(即大气压力)状态下的发热量约低8～16J/g，一般可忽略不计。
1.2.3 恒容低位发热量工业燃烧与氧弹中燃烧的另一个不同的条件是：在前一情况下全部水(包括燃烧生成的水和煤中原有的水)呈蒸汽状态随燃烧废气排出，在后一情况下水蒸气凝结成液体。
由恒容高位发热量减掉水的蒸发热，得出的就是恒容低位发热量。
1.3 热容量量热系统在试验条件下温度上升1K 所需的热量称为热量计的热容量，习惯上也叫做水当量，以J/K(或cal/℃)表示。
2 试验室条件2.1 试验室应设在一单独房间，不得在同一房间内同时进行其他试验项目。
2.2 室温应尽量保持恒定，每次测定室温变化不应超过1K，通常室温以不超出15～35℃范围为宜。
2.3 室内应无强烈的空气对流，因此不应有强烈的热源和风扇等，试验过程中应避免开启门窗。
2.4 实验室最好朝北，以避免阳光照射，否则热量计应放在不受阳光直射的地方。
3 仪器设备3.1 热量计通用的热量计有两种：恒温式和绝热式。
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。
热量计包括以下主件和附件：3.1.1 氧弹由耐热、耐腐蚀的镍铬或镍铬钼合金钢制成，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250～350mL，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15.0MPa(150atm)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一年。
3.1.2 内筒用紫铜、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。
3.1.3 外筒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，原则上要保持两者之间有10～12mm 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。
用于外筒的温度计应有0.1K 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，外筒中装有电加热器，通过自动控温装置，外筒中的水温能紧密跟踪内筒的温度。
外筒中的水还应在特制的双层上盖中循环。
自动控制装置的灵敏度，应能达到使点火前和终点后内筒温度保持稳定(5min 内温度变化不超过0.002K)；在一次试验的升温过程中，内外筒间的热交换量应不超过20J。
3.1.4 搅拌器螺旋桨式，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10min，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 所产生的热量不应超过120J)。
3.1.5 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。
a.玻璃水银温度计常用的玻璃水银温度计有两种：一是固定测温范围的精密温度计，一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。
两种温度计应每隔0.5K 检定一点，以得出刻度修正值(贝克曼温度计则称为毛细孔径修正值)。
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.各种类型的数字显示精密温度计需经过计量机关的检定，证明其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。
3.2 附属设备3.2.1 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。
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。
3.2.2 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温度计。
3.2.3 燃烧皿铂制品最理想，一般可用镍铬钢制品。
规格可采用高17mm、上部直径26～27mm、底部直径19～20mm、厚0.5min。
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。
3.2.4 压力表和氧气导管压力表应由两个表头组成：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。
压力表每年应经计量机关至少检定一次，以保证指示正确和操作安全。
压力表通过内径1～2mm 的无缝铜管与氧弹连接，以便导入氧气。
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。
3.2.5 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，以便据以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。
再把棉线一端夹紧在螺旋中，另一端通过遮火罩中心的小孔(直径1～2mm)搭接在试样上。
根据试样点火的难易，调节棉线搭接的多少。
3.2.6 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，易于擦试。
3.2.7 秒表或其他能指示10s 的计时器。
3.3 天平3.3.1 分析天平：感量0.1mg。
3.3.2 工业天平：载重量4～5kg，感量1g。
4 试剂和材料4.1 试剂4.1.1 氧气：不含可燃成分，因此不许使用电解氧。
4.1.2 苯甲酸：经计量机关检定并标明热值的苯甲酸。
4.1.3 氢氧化钠标准溶液(供测弹筒洗液中硫用)：浓度为0.1mol/L(相当于0.1N)。
4.1.4 0.2%的甲基红指示剂。
4.2 材料4.2.1 点火丝：直径0.1mm 左右的铂、铜、镍铬丝或其他已知热值的金属丝，如使用棉线，则应选用粗细均匀、不涂蜡的白棉线。
各种点火丝点火时放出的热量如下：铁丝：6700J/g(1602cal/g)；镍铬丝：1400J/g(335cal/g)；铜丝：2500J/g(598cal/g)；棉线：17500J/g(4185cal/g)。
4.2.2 酸洗石棉绒：使用前在800℃下灼烧30min。
4.2.3 擦镜纸：使用前先测出燃烧热。
方法：抽取3～4 张纸，用手团紧，称准质量，放入燃烧皿中，然后按常规方法测定发热量。
取两次结果的平均值作为标定值。
5 测定步骤5.1 恒温式热量计法5.1.1 在燃烧皿中精确称取分析试样(小于0.2mm)1～1.1g(称准到0.0002g)。
燃烧时易于飞溅的试样，可先用已知质量的擦镜纸包紧，或先在压饼机中压饼并切成2～4mm 的小块使用。
不易燃烧完全的试样，可先在燃烧皿底铺上一个石棉垫，或用石棉绒做衬垫(先在皿底铺上一层石棉绒，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3.0～3.2MPa(30～32atm)，或用已知质量和发热量的擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧，然后放入燃烧皿中。
5.1.2 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，以免形成短路而导致点火失败，甚至烧毁燃烧皿。
同时还应注意防止两电极间以及燃烧皿与另一电极之间的短路。
往氧弹中加入10mL 蒸馏水。
小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变。
接上氧气导管，往氧弹中缓缓充入氧气，直到压力达到2.6～2.8MPa(26～28atm)。
充氧时间不得少于30s。
当钢瓶中氧气压力降到5.0MPa(50atm)以下时，充氧时间应酌量延长。
5.1.3 往内筒中加入足够的蒸馏水，使氧弹盖的顶面(不包括突出的氧气阀和电极)淹没在水面下10～20mm。
每次试验时用水量应与标定热容量时一致(相差1g 以内)。
