GB/T30727-2014固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法
2023-11-28
GB/T30727-2014固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法
1.范圍
標準規定了用氧彈量熱法測定固體生物質(zhì)燃料的高位發(fā)熱量的原理、試驗條件、試劑和材料、儀器設備、測定步驟、測定結果的計算、熱容量、儀器常數標定、方法精密度以及低位發(fā)熱量的計算方法等。
本標準適用于各種固體生物質(zhì)燃料。
2.規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其zui新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T21923固體生物質(zhì)燃料檢驗通則
GB/T28730固體生物質(zhì)燃料樣品制備方法
GB/T28731固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法
GB/T28732固體生物質(zhì)燃料全硫測定方法
GB/T28733固體生物質(zhì)燃料全水分測定方法
GB/T28734固體生物質(zhì)燃料中碳氫測定方法
3.術(shù)語(yǔ)和定義
GB/T28734中界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件
3.1彈筒發(fā)熱量bombcalorific value
單位質(zhì)量的固體生物質(zhì)燃料試樣在充有過(guò)量氧氣的氧彈內燃燒，其供燒后的物質(zhì)組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時(shí)放出的熱量。
3.2恒容高位發(fā)熱量gross calorific value at constant volume
單位質(zhì)量的固體生物質(zhì)燃料試樣在充有過(guò)量氧氣的氧彈內燃燒，其燃燒后的物質(zhì)組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態(tài)水以及固態(tài)灰時(shí)放出的熱量。
恒容高位發(fā)熱量即由彈簡(jiǎn)發(fā)熱量減去硝酸形成熱和硫酸校正熱后得到的發(fā)熱量。
3.3恒容低位發(fā)熱量net calorific value at constant volume
單位質(zhì)量的固體生物質(zhì)燃料試樣在恒容條件下,在過(guò)量氧氣中燃燒，其燃燒后的物質(zhì)組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態(tài)水(假定壓力為0.1MPa)以及固態(tài)灰時(shí)放出的熱量。
恒容低位發(fā)熱量即由恒容高位發(fā)熱量減去水(固體生物質(zhì)燃料中原有的水和其中的氫燃燒生成的水)的氣化熱后得到的發(fā)熱量。
3.4恒壓低位發(fā)熱zuinet calorific value at constant pressure
單位質(zhì)量的固體生物質(zhì)燃料試樣在恒壓條件下,在過(guò)量氧氣中燃燒，其燃燒后的物質(zhì)組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態(tài)水(假定壓力為0.1MPa)以及固態(tài)灰時(shí)放出的熱量。
3.5熱量計的有效熱容量effective heat capacity of the calorimeter
量熱系統產(chǎn)生單位溫升所需的熱量(簡(jiǎn)稱(chēng)熱容量)。通常以焦耳每開(kāi)爾文(J/K)表示。
4.熱量單位
熱量的單位為焦耳(J),1J=1N·m
固體生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量測定結果以兆焦每千克(MJ/k)或焦耳每克(J/g)表示。需要時(shí)，可用千瓦時(shí)每立方米(kw·h/m3)表示。
注:MJ/kg×1000/3600=kw·h/kg×BD(容積密度kg/m3)=kw·h/m3。
5.原理
5.1恒容高位發(fā)熱量
固體生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量在氧彈熱量計中進(jìn)行測定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計中,在充有過(guò)量氧氣的彈內燃燒，熱量計的熱容量通過(guò)在相近條件下燃燒一定量的基準量熱物質(zhì)苯甲酸來(lái)確定，根據試樣燃燒前后量
熱系統產(chǎn)生的溫升,并對點(diǎn)火熱等附加熱進(jìn)行校正后即可求得試樣的彈筒發(fā)熱量。
從彈筒發(fā)熱量中扣除硝酸形成熱和硫酸校正熱(氧彈反應中形成的水合硫酸與氣態(tài)二氧化硫的形成熱之差)即得高位發(fā)熱量。
5.2低位發(fā)熱量
固體生物質(zhì)燃料的恒容低位發(fā)熱量和恒壓低位發(fā)熱量可以通過(guò)試樣的高位發(fā)熱量計算。計算恒容低位發(fā)熱量需要知道固體生物質(zhì)燃料試樣中水分和氫的含量;計算恒壓低位發(fā)熱量還需知道固體生物質(zhì)燃料試樣中氧和氮的含量。
6.試驗室條件
進(jìn)行發(fā)熱量測定的試驗室應滿(mǎn)足以下條件:
——進(jìn)行發(fā)熱量測定的試驗室,應為單獨房間,不得在同一房間內同時(shí)進(jìn)行其他試驗項目;
——室溫應保持相對穩定,每次測定室溫變化不應超過(guò)1℃，室溫以在15℃-30℃范圍為宜；
——室內應無(wú)強烈的空氣對流,因此不應有強烈的熱源、冷源和風(fēng)扇等，試驗過(guò)程中應避免開(kāi)啟門(mén)窗；
——試驗室zui好朝北,以避免陽(yáng)光照射，否則熱量計應放在不受陽(yáng)光直射的地方。
7.試劑和材料
7.1氧氣:純度不低于99.5%不含可燃成分，不允許使用電解；壓力足以使氧彈充氧至3.0MP。
7.2苯甲酸:二等或二等以上有證基準量熱物質(zhì)。
7.3點(diǎn)火絲直徑0.1mm左右的鐵、銅、鎳絲或其他已知熱值的金屬絲或棉線(xiàn)，如使用棉線(xiàn)，則應選用粗細均勻，不涂蠟的白棉線(xiàn)。
注：各種點(diǎn)火絲的熱值為鐵絲(6700J/g)、鎳絡(luò )絲(6000J/)、銅絲(2500J/g)、棉線(xiàn)(17500J/g)。
7.4點(diǎn)火導線(xiàn)：直徑0.3mm左右的鎳絡(luò )絲或其他金屬絲。
7.5擦鏡紙：使用前先測出燃燒熱，抽取3-4張紙，團緊，稱(chēng)準質(zhì)量,放入燃燒皿中，然后按常規方法測定發(fā)熱量，取三次結果的平均值作為擦鏡紙熱值。
8.儀器設備
8.1熱量計
8.1.1總則
熱量計是由氧彈內筒、外簡(jiǎn)、攪拌器,水、溫度傳感器、試樣點(diǎn)火裝置、溫度測量和控制系統構成。通常熱量計有兩種,恒溫式和絕熱式,它們的量熱系統被包圍在充滿(mǎn)水的雙層夾套(外筒)中，它們的差別只在于外筒的控溫方式不同,其余部分無(wú)明顯區別。
無(wú)水熱量計的內筒、攪拌器和水被一個(gè)金屬塊代替。氧彈為雙層金屬構成,其中嵌有溫度傳感器氧彈本身組成了量熱系統自動(dòng)氧彈熱量計原則上應按照第8章和第10章中的原理和規定設計并構造并找照第11意的規定計算分析試樣的彈筒發(fā)熱量和恒容高位發(fā)熱量。
自動(dòng)氧彈熱量計在每次試驗中應記錄(打印或其他方式)并給出詳細的信息，如觀(guān)測溫升、冷卻校正值(恒溫式).有效熱容量、樣品質(zhì)量和樣品編號、點(diǎn)火熱和其他附加熱等;以便可對由此進(jìn)行的所有計算都能進(jìn)行人工驗證，所用的計算公式應在儀器操作說(shuō)明書(shū)中給出。計算中用到的附加熱應清楚地確定所用的點(diǎn)火熱、副反應熱的校正應該明確說(shuō)明。
本標準也允許使用其他非經(jīng)典原理的氧彈熱量計,只要它們的標定條件,標定試驗和發(fā)熱量測定時(shí)條件的相似性，試樣質(zhì)量與氧彈的容積之比、充氧壓力、氧彈中加水量、以及測定的精密度和準確度等都符合本標準的基本要求。
熱量計的準確度要求為，用苯甲酸作為樣品進(jìn)行5次發(fā)熱量測定其5次測定結果的相對標準差不大于0.20%且其平均值與標準熱值之差不超過(guò)50]/g。計算中除燃燒不完全的結果外，所有的測試結果不能隨意舍棄。
8.1.2氧彈
由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻鉬等合金鋼制成，需要具備三個(gè)主要性能；
a)不受燃燒過(guò)程中出現的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應；
b)能承受充氧壓力和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓；
c)試驗過(guò)程中能保持完全氣密。
彈簡(jiǎn)容積一般為250mL~350mL彈頭上應裝有供充氧和排氣的閥門(mén)以及點(diǎn)火電源的接線(xiàn)電極。新氧彈和新?lián)Q部件(彈簡(jiǎn)、彈頭、連接環(huán))的氧彈應經(jīng)20.0MPa的水壓試驗，證明無(wú)向題后方能使用。此外,應經(jīng)常注意觀(guān)察與氧彈強度有關(guān)的部件，如彈筒和連接環(huán)的螺紋、進(jìn)氣閥、出氣閥和電極與彈頭的連接處等,如發(fā)現顯著(zhù)磨損或松動(dòng)，應進(jìn)行修理,并經(jīng)水壓試驗合格后再用。
氧彈應定期進(jìn)行水壓試驗，每次水壓試驗后,氧彈的使用時(shí)間一般不應超過(guò)2年。
當使用多個(gè)氧彈時(shí)，每一個(gè)彈都應作為一個(gè)完整的單元使用。各氧彈部件不得交換使用。
8.1.3內簡(jiǎn)
用紫銅、黃銅或不銹鋼制成，斷面可為橢圓形、菱形或其他適當形狀。簡(jiǎn)內裝水通常為2000mL~3000mL，以能浸沒(méi)氧彈(進(jìn)、出氣閥和電極除外)為準。
內筒外面應高度拋光,以減少與外簡(jiǎn)間的輻射作用。
8.1.4外簡(jiǎn)
為金屬制成的雙壁容器,并有上蓋。外壁為圓形,內壁形狀則依內筒的形狀而定;外筒應完全包圍內簡(jiǎn)，內外筒間應有10mm~12mm的間距，外簡(jiǎn)底部有絕緣支架，以便放置內簡(jiǎn)。
恒溫式外筒和絕熱式外簡(jiǎn)的控溫方式不同,應分別滿(mǎn)足以下要求;
a)恒溫式外筒：恒溫式熱量計配置恒溫式外筒。自動(dòng)控溫的外簡(jiǎn)在整個(gè)試驗過(guò)程中,外簡(jiǎn)水溫變化應控制在±0.1K之內;非自動(dòng)控溫式外簡(jiǎn)——靜態(tài)式外簡(jiǎn)，盛滿(mǎn)水后其熱容量應不小于熱量計熱容量的5倍(通常12.5L的水量可以滿(mǎn)足外簡(jiǎn)恒溫的要求)，以便試驗過(guò)程中保持外筒溫度基本恒定。外筒的熱容量應該是:當冷卻常數約為0.0020min﹣1時(shí)，從試樣點(diǎn)火到末期結束時(shí)的外筒溫度變化小于0.16K;當冷卻常數約為0.0030min﹣1時(shí)，此溫度變化應小于0.11K。外簡(jiǎn)外面可加絕熱保護層，以減少室溫波動(dòng)的影響。用于外簡(jiǎn)的溫度計應有0.11K的zui小分度值;
b)絕熱式外筒:絕熱式熱量計配置絕熱式外簡(jiǎn)。外簡(jiǎn)中水量應較少,zui好裝有浸沒(méi)式加熱裝置，當樣品點(diǎn)燃后能迅速提供足夠的熱量以維持外簡(jiǎn)水溫與內筒水溫相差在0.1K之內。通過(guò)自動(dòng)控溫裝置,外筒水溫能緊密跟蹤內筒的溫度。外筒的水還應在特制的雙層蓋中循環(huán)。自動(dòng)控溫裝置的靈敏度應能達到使點(diǎn)火前和終點(diǎn)后內簡(jiǎn)溫度保持穩定(5min內溫度變化平均不超過(guò)0.0005K/min);在一次試驗的升溫過(guò)程中,內外簡(jiǎn)間熱交換量應不超過(guò)20J。
8.15攪拌器
螺旋漿式或其他形式。轉速400r/min~600r/min為宜并應保持恒定。攪拌器軸桿應有較低的熱傳導或與外界采用有效的隔熱措施，以盡量減少量熱系統與外界的熱交換。攪拌器的攪拌效率應能使熱容量標定中由點(diǎn)火到終點(diǎn)的時(shí)間不超過(guò)10min,同時(shí)又要避免產(chǎn)生過(guò)多的攪拌熱。
注：攪拌速度過(guò)快將導致攪拌熱增加,使攪拌速度難以保持恒定。
8.1.6量熱溫度計
用于內簡(jiǎn)溫度測量的量熱溫度計至少應有0.001K的分辨率，以便能以0.002K或更好的分辨率測定2K到3K的溫升；它代表的絕對溫度應能達到近0.1K。量熱溫度計在它測量的每個(gè)溫度變化范圍內應是線(xiàn)性的或線(xiàn)性化的。它們均應經(jīng)過(guò)計量部門(mén)的檢定。
有以下兩種類(lèi)型的溫度計可用于此目的:
a）玻璃水銀溫度計:常用的玻璃水銀溫度計一種是固定測溫范圍的精密溫度計,另一種是可變測溫范的貝克曼溫度計。兩者的zui小分度值應為0.01K。使用時(shí)應根據計量機關(guān)檢定證書(shū)中的修正值做必要的校正。兩種溫度計都應進(jìn)行溫度校正(貝克曼溫度計稱(chēng)為孔徑校正),貝克曼溫度計除孔徑校正值外還有平均分度值校正值，為了滿(mǎn)足所需要的分辨率，需要使用5倍的放大鏡來(lái)讀取溫度,為防止水銀柱在玻璃上的粘滯,通常需要一個(gè)機械振蕩器來(lái)?yè)魷囟扔?。如果沒(méi)有機破振蕩器,在讀取溫度前應人工故擊溫度計:
b）數字顯示溫度計:數字顯示溫度計可代替傳統的玻璃水銀溫度計,這些溫度計是由諸如銷(xiāo)電阻、熱敏電阻以及石英晶體共振器等配備合適的電橋,零點(diǎn)控制器、額率計數器或其他電子設備構成其分辨率至少應為0.001K短期重復性不應超過(guò)0.001K個(gè)月內的長(cháng)期漂移不應超過(guò)0.05K。線(xiàn)性溫度傳感器在發(fā)熱量測定中引起的偏倚比非線(xiàn)性溫度傳感器的小。
8.2附屬設備
8.2.1燃燒皿
鉑制品zui理想，一般可用鎳絡(luò )鋼制品。規格可采用高17mm-18mm、底部直徑19mm-20mm。上部直徑25mm-26mm，厚0.5mm。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)生熱效應為原則。
8.2.2壓力表和氧氣導管
壓力表由兩個(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)氧彈內的壓力。壓力表應裝有減壓閥和保險閥。壓力表每2年應經(jīng)計量部門(mén)檢定一次，以保證指示正確和操作安全。
壓力表通過(guò)內徑1mm-2mm的無(wú)縫銅管與彈連接，或通過(guò)高強度尼龍管與充裝置連接，以便導人氧氣。
壓力表和各連接部分不得與油脂接觸或使用潤滑油。如不慎沾污,應依次用苯和酒精清洗，并待風(fēng)干后再用。
8.23點(diǎn)火裝置
點(diǎn)火采用12V-24V的電源，點(diǎn)火線(xiàn)路中可串接一個(gè)節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。
點(diǎn)火電壓應預先試驗確定。方法:接好點(diǎn)火絲,在空氣中通電試驗。在熔斷式點(diǎn)火的情況下,調節電壓使點(diǎn)火絲在1s-2s內達到亮紅；在非熔斷式點(diǎn)火的情況下節電壓使點(diǎn)火線(xiàn)在4s-5s內達到暗紅。
在非熔斷式點(diǎn)火的情況下如采用棉線(xiàn)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，絲的中部預先繞成螺旋數圈,以便發(fā)熱集中。通電，準確測出電壓、電流和通電時(shí)間，以便計算電能產(chǎn)生的熱量。
8.2.4天平
8.2.4.1分析天平：zui小分度值0.1mg
8.2.4.2工業(yè)天平：zui大稱(chēng)量5kg，zui小分度值0.1g。
9.分析試樣
用于測定發(fā)熱量的固體生物質(zhì)燃料樣品應按GB/T28730制備成小于1mm的一般分析試樣，可能時(shí)，制備成小于0.5mm或小于0.2mm的一般分析試樣，以保證樣品完全燒和測定結果滿(mǎn)足方精密度要求。
試樣應充分混勻,并與實(shí)驗室環(huán)境達到濕度平衡。為了能對分析試樣進(jìn)行正確的水分校正，應該在稱(chēng)量發(fā)熱量試樣時(shí)同時(shí)稱(chēng)出水分測定試樣，并盡快進(jìn)行水分測定(測定程序見(jiàn)GB/T28731)。
本文由煤炭化驗儀器廠(chǎng)家—鶴壁華諾煤檢儀器分享，希望對大家有所幫助。有什么問(wèn)題可以在評論區以及私信留言告訴我們！
