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1、煤质化验设备根底知识-量热仪主要内容1、量热仪概略2、量热仪的用途3、量热仪原理目前国内运用的量热仪除国产的外，还有目前国内运用的量热仪除国产的外，还有美国美国LECO公司、公司、PARR公司和德国公司和德国IKA公司等多家外国公司消费的公司等多家外国公司消费的 。从构造不同可分为恒温式、绝热式和双干从构造不同可分为恒温式、绝热式和双干式此种原那么上应属于恒温式式此种原那么上应属于恒温式 量热仪概略量热仪概略o目前国内市场根据外桶构造的不同又分为目前国内市场根据外桶构造的不同又分为静态式其容量较大，可装静态式其容量较大，可装20kg左右水，左右水，但没有加热、制冷安装和自动控温式但没有加热、制
2、冷安装和自动控温式有加热、制冷安装可自动控温有加热、制冷安装可自动控温o目前大量运用的单头氧弹，内腔容积约目前大量运用的单头氧弹，内腔容积约300ml左右，也有少数厂家消费内腔容积左右，也有少数厂家消费内腔容积180mL、200ml、250ml和和350ml的。的。o外桶外形大都采用圆形。外桶外形大都采用圆形。o内筒水定量的方式，早期量热仪是采取称内筒水定量的方式，早期量热仪是采取称量的方式。国外从上世纪七十年代，国内量的方式。国外从上世纪七十年代，国内从九十年代中期开场采用自动定量的方式。从九十年代中期开场采用自动定量的方式。自动定量的方式也有多种方式，有利用连自动定量的方式也有多种方式，有
3、利用连通器原理的自动平衡式，有探针式，有虹通器原理的自动平衡式，有探针式，有虹吸式，还有量杯式等。吸式，还有量杯式等。o读温的方式有早期的贝克曼温度计，也有读温的方式有早期的贝克曼温度计，也有如今普遍采用的铂金探头，也有少数采用如今普遍采用的铂金探头，也有少数采用晶振方式的。晶振方式的。 量热仪的用途 o量热仪主要用来测定各种固态、液态可燃量热仪主要用来测定各种固态、液态可燃物质的热值。如：测定煤、石油、食品、物质的热值。如：测定煤、石油、食品、饲料、炸药、水泥生料等的热值。饲料、炸药、水泥生料等的热值。o量热仪也可配合其它安装用来测煤中的硫量热仪也可配合其它安装用来测煤中的硫称弹筒硫、煤中的
4、氯、煤中的灰分等。称弹筒硫、煤中的氯、煤中的灰分等。 o量热仪目前尚不能用来测定气态可燃物质量热仪目前尚不能用来测定气态可燃物质如：液化气、煤气、天然气等的热值。如：液化气、煤气、天然气等的热值。 u量热仪是用来测定燃料发热量的公用仪器，量热仪是用来测定燃料发热量的公用仪器，是国家规定的强迫性计量检定仪器。其中燃是国家规定的强迫性计量检定仪器。其中燃料煤的发热量不但是火电厂进煤的计价根据，料煤的发热量不但是火电厂进煤的计价根据，也是火电厂计算规范煤耗的主要参数，因此也是火电厂计算规范煤耗的主要参数，因此煤的发热量的测定，是煤质检验的重点工程煤的发热量的测定，是煤质检验的重点工程之一。之一。u我
5、矿化验室配置的量热仪为长沙开元公司消我矿化验室配置的量热仪为长沙开元公司消费的费的5E-AC3自动量热仪、自动量热仪、5E-KC4快速量快速量热仪。热仪。我矿化验室运用的量热仪量热仪的原理 1热量热量 物质运动产生能量。随着物质运动方式的不物质运动产生能量。随着物质运动方式的不同，所产生的能量也有多种方式，如电能、同，所产生的能量也有多种方式，如电能、光能、机械能、核能等。光能、机械能、核能等。能量的传送过程称为做功。如不经过做功而能量的传送过程称为做功。如不经过做功而传送的能量，那么称为热量。故能量、功、传送的能量，那么称为热量。故能量、功、热量三者之间有着亲密的关系。它们的概热量三者之间有
6、着亲密的关系。它们的概念虽那么不同，但可用一个一致的单位来念虽那么不同，但可用一个一致的单位来表示，这就是焦耳，简称焦表示，这就是焦耳，简称焦J。o历史上曾史上曾经用卡用卡cal作作为热量量单位。位。1卡是指卡是指1g纯水在水在规范大气范大气压下升高下升高1时所需求的所需求的热量。由于水的比量。由于水的比热是随着温是随着温度度变化而化而变化的，化的，1g纯水在水在规范大气范大气压下在不同的温度条件下升高下在不同的温度条件下升高1所需的所需的热量并不一量并不一样。o单位质量的物质完全熄灭时所放出的热量，单位质量的物质完全熄灭时所放出的热量，称为该物质的发热量或称热值，以焦称为该物质的发热量或称热
7、值，以焦/克克J/g或兆焦或兆焦/千克千克MJ/kg表表示。示。1MJ/kg=1000J/g。 o由于卡由于卡cal作为热量的单位曾经废除，作为热量的单位曾经废除，所以过去常用的发热量单位卡所以过去常用的发热量单位卡/克克cal/g或千卡或千卡/千克千克(kcal/kg)也同时被也同时被废除。废除。o为了照了照顾一部分从事煤一部分从事煤质化化验时间较久久习惯，我，我们在相关在相关软件中将件中将结果中的焦果中的焦/ /克克乘以乘以2020卡的卡的换算系数算系数4.18164.1816转换成卡成卡/ /克，而用括号括起来，克，而用括号括起来，这种数据只能作参种数据只能作参考，不能作正式考，不能作正
8、式报告的根据，由于不能保告的根据，由于不能保证是在是在2020时得出的数据，所以会有得出的数据，所以会有误差。差。 3温度温度单单位位 开开尔尔文文 K 是是热热力学温力学温标标的温度的温度单单位，是一致的位，是一致的法定法定计计量量单单位。位。 它的定它的定义义是以水的三相点是以水的三相点为为基点，基点，该该点温度点温度为为273.16K，即，即热热力学温度的力学温度的1开开尔尔文等于水文等于水的三相点的三相点热热力学温度的力学温度的1/273.16。摄摄氏温度氏温度 不是法定不是法定计计量量单单位，不位，不过过目前目前还还允允许许运用。运用。4量热体系量热体系量热体系是指热容量标定和发热量
9、测试过程量热体系是指热容量标定和发热量测试过程中，试样放出的热量所能到达的各个部件。中，试样放出的热量所能到达的各个部件。它们包括内筒中的水、内筒、氧弹及搅拌它们包括内筒中的水、内筒、氧弹及搅拌器、温度计感温探头浸没水中的部分器、温度计感温探头浸没水中的部分等。等。 5 热热容量容量量量热热体系温度升高体系温度升高1时时所吸收的所吸收的热热量，称量，称为为量量热热仪仪的的热热容量，用容量，用E表示，表示，单单位位为为J/或或J/K。对对一台量一台量热仪热仪而言，当内筒水量、内筒、氧而言，当内筒水量、内筒、氧弹弹及及搅搅拌器、温度拌器、温度计计 感温探感温探头头 浸没深度以及浸没深度以及环环境温
10、度等境温度等实验实验条件确定条件确定时时，热热容量容量E是一个确是一个确定定值值。当上述条件中的任一个改。当上述条件中的任一个改动动后都会引起后都会引起热热容量的改容量的改动动。例如改。例如改动动了内筒的水量，改了内筒的水量，改动动了了环环境温度等都会引起境温度等都会引起热热容量的容量的变变化。化。o热容量和比容量和比热是两个不同的概念，是两个不同的概念，热容量容量是指量是指量热体系温度升高体系温度升高1所吸收的所吸收的热量，量，而比而比热是指是指1g物物质温度升高温度升高1所吸收的所吸收的热量。量。6 量量热仪热仪的原理的原理 量量热仪热仪的的测试测试原理是用一种知原理是用一种知热值热值的物
11、的物质质 通通常用常用规规范物范物质质苯甲酸苯甲酸 ，丈量整个量，丈量整个量热热体系体系温度升高温度升高1所需的所需的热热量，即量，即测测得量得量热仪热仪的的热热容量。容量。 举个例子举个例子如：知苯甲酸的热值为26500J/g，熄灭1g的苯甲酸可使量热体系升高2.65，那么该量热仪的热容量为26500J/g1g/2.65=10000J/o当要测某种可燃物质的热值时，只需将一定量的该物质置于量热体系中熄灭，测出量热体系的温升值，即可算出该物质的热值。o 如：1g未知热值的煤在量热体系中熄灭后使量热体系升高了2，那么该煤样的热值为o 10000J/2/1g=20000J/g;o 假设升高2.5，
12、那么该煤样的热值为o 10000J/2.5/1g=25000J/g。 o在标定热容量时，量热体系除了从苯甲酸熄灭获得热量外还可从协助点燃苯甲酸的点火丝获得热量，记作q1。o由于氧弹中有氮气，在高温、高压条件下，生成硝酸，这部分热量称为硝酸生成热，记作qn。o实验过程中，内、外桶之间有温差，会产生热的交换，需求进展校正，称为冷却校正，记作C，所以完好的热容量计算公式应为：o o 其中：E热容量 J/K或J/ Q苯甲酸热值 J/g m苯甲酸质量 g to点火时内筒水温 tn终点时内筒水温 q1点火丝热量 J qn硝酸生成热 J C冷却校正值 主期温升 7 热容量的标定热容量的标定 为了标定一台量热
13、仪的热容量，先要选择一种知热为了标定一台量热仪的热容量，先要选择一种知热值的物质，如今常用的是一种由权威机构曾经定值的物质，如今常用的是一种由权威机构曾经定值的叫做苯甲酸的规范物质，其分子式为值的叫做苯甲酸的规范物质，其分子式为C6H5COOH。它是目前国际公认的独一的标。它是目前国际公认的独一的标定热容量的规范物质。定热容量的规范物质。o它具有以下它具有以下优点：点：o a、易于、易于纯化。化。o b、吸湿性低。、吸湿性低。o c、常温下、常温下挥发性低。性低。o d、压实的苯甲酸易完全熄的苯甲酸易完全熄灭，其，其发热量接近量接近煤的煤的发热量，量，约2642526525J/左右每批左右每批
14、略有不同。略有不同。 o 缺陷是粉状的苯甲酸熄缺陷是粉状的苯甲酸熄灭性能性能较差，不易熄差，不易熄灭完完全，所以必需全，所以必需压成成饼再用。再用。压饼前前应在在4055的枯燥器中烘干的枯燥器中烘干34h或者在装有或者在装有浓硫酸的枯硫酸的枯燥器中放置燥器中放置48h以上。以上。o标定定热容量容量时，是将一定量普通，是将一定量普通为1g左右左右知知热值的二的二级苯甲酸置于密封的氧苯甲酸置于密封的氧弹中，在充足中，在充足的氧气条件下，令的氧气条件下，令试样完全熄完全熄灭，熄，熄灭所放出的所放出的热量被内筒水所吸收，量被内筒水所吸收，测出内筒水的温升，出内筒水的温升，计算算出点火出点火丝热量量.硝
15、酸生成硝酸生成热.冷却校正冷却校正值，就可得，就可得出量出量热体系温度升高体系温度升高1所需的所需的热量，此即量，此即这台台量量热仪的的热容量。容量。 o热容量标定值的有限期为三个月，超越此期限时应热容量标定值的有限期为三个月，超越此期限时应重新标定。但有以下情况时应立刻重标：重新标定。但有以下情况时应立刻重标：o 1、改换温度计；、改换温度计；o 2、改换量热仪的大部件，如氧弹头、改换量热仪的大部件，如氧弹头.衔接环衔接环密封圈密封圈.电极柱电极柱.螺母等小部件不在此列；螺母等小部件不在此列；o 3、标定热容量和测发热量时的内桶水温相差、标定热容量和测发热量时的内桶水温相差超越超越5K；o
16、4、量热仪经过较大的搬动。、量热仪经过较大的搬动。o假设量热仪的量热系统没有显著改动，重新标定的假设量热仪的量热系统没有显著改动，重新标定的热容量与前一次的热容量相差不应大于热容量与前一次的热容量相差不应大于0.25%，否那么，应找出缘由，处理后再重新标定。否那么，应找出缘由，处理后再重新标定。 8 发热量的测定发热量的测定 一台标定了热容量的量热仪就可用来测定固态、一台标定了热容量的量热仪就可用来测定固态、液态可熄灭物质的热值。操作步骤与标定热容量液态可熄灭物质的热值。操作步骤与标定热容量时类似，也要称样、装样、充氧、测水温等。不时类似，也要称样、装样、充氧、测水温等。不同的是点火丝热量不是
17、试样熄灭产生的热量，所同的是点火丝热量不是试样熄灭产生的热量，所以要减去假设放了添加物还要减去添加物的热以要减去假设放了添加物还要减去添加物的热量，记作量，记作q2其计算公式为：其计算公式为：其中：Q6弹筒发热量 J/g或MJ/kg E热容量 J/k或J/ m试样质量 g 主期温升 q1点火丝热量 J q2添加物热量 J C冷却校正值 9 弹弹筒筒发热发热量量 空干基空干基 单单位位质质量的量的试样试样在充有在充有过过量氧气的氧量氧气的氧弹弹内熄内熄灭灭，其，其终态产终态产物物为为25下的：下的：CO2、O2 过过剩剩 、N2、H2SO4、HNO3、H2O 液液态态 和固和固态态的灰的灰时时放
18、出的放出的热热量称量称为弹为弹筒筒发热发热量。其符号量。其符号为为Qb.ad。10 恒容高位恒容高位发热发热量量 空干基空干基 单单位位质质量的量的试样试样在充有在充有过过量氧气的氧量氧气的氧弹弹内熄内熄灭灭，其，其终态产终态产物物为为25下的：下的：CO2、O2 过过剩剩 、N2、SO2、H2O 液液态态 和固和固态态的灰的灰时时放出的放出的热热量称量称为为恒容高位恒容高位发热发热量，其符号量，其符号为为Qgr，ad。实实践上由践上由弹弹筒筒发热发热量减掉稀硫酸生成量减掉稀硫酸生成热热和二氧化硫生成和二氧化硫生成热热之差之差 二氧化硫生成二氧化硫生成热热是恒容高位是恒容高位发热发热量的一部分
19、，所以不量的一部分，所以不应应减去减去 ，再减掉稀硝酸的生成再减掉稀硝酸的生成热热，得出的就是恒容高位，得出的就是恒容高位发热发热量。量。11 恒容低位恒容低位发热发热量量 收到基收到基 单单位位质质量的量的试样试样在充有在充有过过量氧气的氧量氧气的氧弹弹内熄内熄灭灭，其，其终态产终态产物物为为25下的：下的：CO2、O2 过过剩剩 、N2、SO2、H2O 气气态态 和固和固态态的灰的灰时时放出的放出的热热量称量称为为恒容低位恒容低位发热发热量，其符号量，其符号为为Qnet,ar。实实践上由恒容高位践上由恒容高位发热发热量减掉水的汽化潜量减掉水的汽化潜热热，得出的就是恒容，得出的就是恒容低位低
20、位发热发热量。量。 熄灭条件与熄灭产物种类及其相态关系 燃烧条件 燃烧产物种类及其相态 热力学状态 CHSN氧弹内 CO2(g) H2O(I) H2SO4(I) HNO3(I) 恒容状态 空气中 CO2(g) H2O(I) SO2(g)N2(g) 恒压状态 工业锅炉中 CO2(g) H2O(g)SO2(g) N2(g) 恒压状态 g气态 I液态 空干基恒压高位发热量计算公式空干基恒压高位发热量计算公式 Qgr,v,ad= Qb(94.1Sb,adQb,v,ad) 式中： Qgr,ad空干基高位热值 MJ/kg St全硫 % 硝酸校正系数 当Qb16.7MJ/kg时，0.001 当16.7MJ/
21、KQb25.1MJ/kg时，0.0012 当Qb25.1MJ/kg时，=0.0016收到基恒容低位发热量计算公式收到基恒容低位发热量计算公式 Qnet,v,ar=(Qgr,v,ad-206Had) 式中： Qnet,ar收到基低拉热值 MJ/kg Had空干基氢 % Mar收到基水分 % Mad空干基水分 %o由于计算出的恒压低位发热量和恒容低位发由于计算出的恒压低位发热量和恒容低位发热量在数值上有微小的差别。由于相差很小，热量在数值上有微小的差别。由于相差很小，所以实践任务中，常用后者替代前者。如无所以实践任务中，常用后者替代前者。如无特殊要求，那么在计算公式中就可省略恒压，特殊要求，那么在计算公式中就可省略恒压，恒容的符号，即恒容的符号，即Qb,v,ad、Qgr,v,ad、Qnet,v,ar就可写为就可写为Qb,ad、Qgr,ad 、Qnet,ar 谢谢大家！
