第7頁發(fā)熱量原理前面提到煤的發(fā)熱量是表征煤質(zhì)好壞的綜合性指標(biāo)，也是煤炭價格的主要依據(jù)，這一部分我們將專門講述煤的發(fā)熱量的測定原理和方法等。一、基本工作原理1、基本概念（1）發(fā)熱量的定義：單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所放出的熱量，稱為煤的發(fā)熱量。其測定結(jié)果以MJ／kg表示。1MJ／kg=103J／g1cal(20℃)=4.1816J（2）彈筒發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量，稱為彈筒發(fā)熱量。（3）恒容高位發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量，稱為恒容高位發(fā)熱量。高位發(fā)熱量由彈筒發(fā)熱量減去硝酸和硫酸校正熱后得到的發(fā)熱量。（4）恒容低位發(fā)熱量：單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量，稱為恒容低位發(fā)熱量。

（5）低位發(fā)熱量是高位發(fā)熱量減去水（煤中原有的水和煤中氫燃燒生成的水）的氣化熱后得到的發(fā)熱量。（6）有效熱容量：量熱系統(tǒng)在試驗條件下溫度上升1K所需的熱量稱為熱量計的有效熱容量（以下簡稱熱容量），以J／K表示。（7）量熱系統(tǒng)：在發(fā)熱量測定的過程中，試樣放出的熱量所能達(dá)到的各個部件。除了內(nèi)筒水外，還包括內(nèi)筒、氧彈及攪拌器感溫探頭浸在水中的部分。2、通用熱量計有兩種，恒溫式和絕熱式，它們的量熱系統(tǒng)被包圍在充滿水的雙層夾套（外筒）中，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。我公司生產(chǎn)的儀器都為恒溫式量熱儀。恒溫式量熱儀（1C）結(jié)構(gòu)圖氧彈結(jié)構(gòu)圖1.逆止閥2.逆止閥密封圈6×1.93.螺塞4.氧彈頭5.芯體6.上絕緣套7.螺帽8.壓圈個)13.隔熱屏14.螺釘M3×8(2個)15.點火電極桿16.遮罩17.螺釘M3×6(1個)18.點火絲鎖緊套19.點火絲20.氧彈筒21.坩堝架22.坩堝2基本原理實驗證明，某燃燒物在密封、恒定、與外界無任何熱交換的理想化系統(tǒng)中燃燒，其燃燒釋放的熱量與系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時所上升的溫度變化量成線性關(guān)系。煤的發(fā)熱量測定原理便是依據(jù)這一實驗結(jié)果而來。我們將一定質(zhì)量煤樣放在一個叫氧彈的密封容器里，將氧彈放入一個裝有2kg左右水的容器內(nèi)，再使容器密閉，且盡量不與環(huán)境進(jìn)行熱交換，讓煤樣在過量的氧氣下，充分燃燒，燃燒所放出的熱量，被容器中的水吸收，使水溫上升，當(dāng)煤樣燃燒完全后，系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時記錄下溫度，這樣就可以計算出煤的發(fā)熱量，根據(jù)定義有：Q=…………(1)式中：Q——試樣的發(fā)熱量（J/g）。G——試樣重量（g）。t0——量熱系統(tǒng)的起始溫度（℃）。tn——量熱系統(tǒng)吸收試樣放出的熱量后的最終溫度（℃）。E——量熱系統(tǒng)的熱容量（J／℃）但實際上，還有其它因素的影響，準(zhǔn)確的彈筒發(fā)熱量的公式：Qb=△=tn-t0式中：Qb———試樣的彈筒發(fā)熱量（J/g）。G———試樣重量（g）?！鳌髌跍厣齫1——點火絲熱值（J）q2——添加物熱值（J）C——冷卻校正3、冷卻校正：在恒溫式量熱儀測定發(fā)熱量的過程中，它的內(nèi)外筒的水溫總是存在一定的溫差，此溫差隨著時間的改變而改變，為了消除內(nèi)外筒的熱交換對溫升的影響，必須對內(nèi)筒溫升加上一校正值，稱之為冷卻校正，用符號C表示。絕熱式熱量計的熱量損失可以忽略不計,因而無需冷卻校正。恒溫式熱量計在試驗過程中內(nèi)筒與外筒間始終發(fā)生熱交換,對此散失的熱量應(yīng)予校正,辦法是在升溫中加上一個校正值C,這個校正值稱為冷卻校正值.計算冷卻校正的公式有國標(biāo)公式、瑞方公式和奔特公式。3．1國際公式：計算方法如下首先根據(jù)點火時和終點時的內(nèi)外筒溫差(t0-tj)和(tn-tj)，可根據(jù)根據(jù)預(yù)先標(biāo)定出的式(2)、式(3)計算出v0和vn：v0=k(t0-tj)+A…………………(2)vn=k(tn-tj)+A…………………(3)式中:v0——在點火時內(nèi)外筒溫差影響下造成的內(nèi)筒降溫速度,單位為開爾文每分鐘(K/min)；vn——在終點時內(nèi)外筒溫差影響下造成的內(nèi)筒降溫速度,單位為開爾文每分鐘K/min)；k——熱量計的冷卻常數(shù),單位為每分鐘(min-1)；A——熱量計的綜合常數(shù),單位為開爾文每分鐘(K/min)；t0-tj——點火時的內(nèi)、外筒溫差,單位為開爾文(K)；tn-tj——終點時的內(nèi)、外筒溫差,單位為開爾文(K)；tj——外筒溫度,單位為開爾文(K)。然后按式(4)計算冷卻校正值:C=(n-a)vn+av0…………………(4)式中:C——冷卻校正值,單位為開爾文(K)；n——由點火到終點的時間,單位為分鐘(min)；a——當(dāng)△/△1ˊ40〞≤1.20時,a=△/△1’40”-0.10；當(dāng)△/△1ˊ40〞＞1.20時,a=△/△1ˊ40〞；其中△為主期內(nèi)總溫升(△=tn-t0),△1ˊ40〞為點火后1’40”時的溫升(△1ˊ40〞=t1ˊ40〞-t0)。3．2瑞方公式在自動氧彈熱量計中,或在特殊需要的情況下,可使用瑞方(Regnault-Pfandler)公式:…………………(5)式中:ti——主期內(nèi)第imin時的內(nèi)筒溫度。其余符號意義同前。使用瑞-方公式,在操作步驟上要求點火后至少每分鐘讀溫一次,直至終點。4、點火熱校正發(fā)熱量計算中公式中需要用到點火絲熱值即q1。在熔斷式點火法中，應(yīng)由點火絲的實際消耗量（原用量減掉殘余量）和點火絲的燃燒熱計算試驗中點火絲放出的熱量。在棉線點火法中，首先算出所用一根棉線的燃燒熱（剪下一定數(shù)量適當(dāng)長度的棉線，稱出它們的質(zhì)量，然后算出一根棉線的質(zhì)量，再乘以棉線的單位熱值），然后確定每次消耗的電能熱。電能產(chǎn)生的熱量（J）=電壓（V）×電流（A）×?xí)r間（s）。二者放出的總熱量即為點火熱。我公司生產(chǎn)的熱量計點火采用的是熔斷式點火絲，且點火絲熱值固定為50J/根。5、熱容量E5．1對于同一臺量熱計來說，當(dāng)內(nèi)筒水量、溫度計與攪拌器的浸沒深度以及環(huán)境溫度等試驗條件確定時，其熱容量E為一常數(shù)。由式（1）變換一下，當(dāng)所測定的不是煤樣，而是已知準(zhǔn)確發(fā)熱量的物質(zhì)，則意味著Q值已知，可得知：Q=E=式中：Q——試樣的發(fā)熱量（J/g）,標(biāo)定熱容量時一般都使用苯甲酸作為已知發(fā)熱量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。G——試樣重量（g）。t0——量熱系統(tǒng)的起始溫度（℃）。tn——量熱系統(tǒng)吸收試樣放出的熱量后的最終溫度（℃）。E——量熱系統(tǒng)的熱容量（J／℃）考慮到冷卻校正、點火絲熱值以及硝酸生成熱后，熱容量計算公式為：E==tn-t0式中：Q———苯甲酸發(fā)熱量（J/g）。q1——點火絲熱值（J）qn——硝酸生成熱（J）,其計算公式為qn=QG0.0015G———試樣重量（g）。△———主期溫升C——冷卻校正5．2熱容量及標(biāo)定：我們再復(fù)述一遍熱容量的概念，量熱儀的熱容量是指量熱系統(tǒng)升高1℃所吸收的熱量，單位為J/K。正確標(biāo)定熱容量是保證發(fā)熱量測定結(jié)果準(zhǔn)確的必要前提，但怎樣才能得到某一系統(tǒng)真實可靠的熱容量呢？5．2．1燃燒試樣的選取熱容量標(biāo)定操作和發(fā)熱量的測定操作基本相同，只是使用的燃燒試樣不同，通常我們使用的是已知熱值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)——苯甲酸。對苯甲酸有如下要求：·應(yīng)將粉末狀的苯甲酸壓制成餅，且每個苯甲酸試餅重為0.9-1.1g，制餅前在60-70℃的溫度下干燥3-4小時；·至少有二等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或二等以上的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證明。熱值必須精確到1焦耳。5．2．2取五次以上標(biāo)定結(jié)果的平均值國標(biāo)《GB/T213-2003》規(guī)定，按發(fā)熱量的測定步驟，標(biāo)定熱容量，重復(fù)5次標(biāo)定，其結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不能超過0.2%（在96年國標(biāo)《GB/T213-1996》中規(guī)定極差值應(yīng)不大于40J/K），否則再加做一次（在96年國標(biāo)《GB/T213-1996》中規(guī)定最多可加做兩次），取相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不能超過0.2%的五次結(jié)果進(jìn)行平均值，其平均值可作為儀器的熱容量。如果任何五次的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都超過0.2%，則應(yīng)對試驗條件和操作技術(shù)仔細(xì)檢查，并糾正存在的問題，舍棄已有的全部結(jié)果，重新標(biāo)定。5．2．3熱容量重新標(biāo)定的情況·國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T213-2003規(guī)定熱容量標(biāo)定值的有效期為3個月，超過此期限應(yīng)復(fù)查；·量熱儀有大的搬動或更換了大的部件時應(yīng)重新標(biāo)定。量熱儀的量熱系統(tǒng)實際上包括內(nèi)桶、內(nèi)桶水、氧彈、攪拌器、測溫探頭等，其中水的比熱最大，所以內(nèi)桶水所吸收的熱量是主要的，占系統(tǒng)熱容量的80%左右，而水的比熱并不是一個常數(shù)，而是隨溫度的變化而變化，溫度越高，水的比熱越小，所以系統(tǒng)的熱容量也會隨溫度的變化而變化。準(zhǔn)確地說，我們所說的熱容量，為某一特定溫度下的熱容量。6、煤的發(fā)熱量的高低，主要取決于煤中可燃物質(zhì)的化學(xué)組成，同時也與燃燒條件有關(guān)。根據(jù)不同的燃燒條件，可以將煤的發(fā)熱量分為彈筒、高位、低位發(fā)熱量。彈筒發(fā)熱量要高于煤在實際燃燒時發(fā)出的熱量，電廠在評價煤的質(zhì)量時多采用高位發(fā)熱量，在標(biāo)準(zhǔn)煤耗的計算中，以低位發(fā)熱量作為計算依據(jù)6．1燃燒條件與燃燒產(chǎn)物種類及其相態(tài)的關(guān)系：燃燒條件燃燒產(chǎn)物種類及基相態(tài)熱力學(xué)狀態(tài)CHSN氧彈內(nèi)CO2(g)H2O(I)H2SO4(I)HNO3(I)恒容狀態(tài)空氣中CO2(g)H2O(I)SO2(g)N2(g)恒壓狀態(tài)工業(yè)爐CO2(g)H2O(g)SO2(g)N2(g)恒壓狀態(tài)彈筒發(fā)熱量由以下幾部分的熱量構(gòu)成：（1）可燃物燃燒生成發(fā)熱量定義中規(guī)定種類并處于氣態(tài)的產(chǎn)物釋放的熱量（簡稱為可燃物燃燒熱）。C＋O2=CO2S＋O2=SO24H＋O2=2H2O（2）由SO2反應(yīng)生成H2SO4的化學(xué)反應(yīng)熱和H2SO4溶入水的溶解熱（簡稱為H2SO4的熱效應(yīng)值）。SO2＋O2＋H2O=H2SO4（3）由N2反應(yīng)生成HNO3的化學(xué)反應(yīng)熱和HNO3溶入水的溶解熱（簡稱為HNO3的熱效應(yīng)值）。N2＋O2＋H2O=HNO3（4）燃料中的H2生成的H2O（g）和燃料中含有的水分（M）在燃料燃燒后形成的H2O（g）由氣態(tài)凝結(jié)成液態(tài)的水釋放出的汽化潛熱（簡稱為水的汽化潛熱）。H2O（g）H2O（I）由彈筒發(fā)熱量減掉稀硫酸生成熱和二氧化硫生成熱之差，再減掉稀硝酸的生成熱，得出的就是恒容高位發(fā)熱量。（因為煤在空氣中實際燃燒時，硫只生成二氧化硫，氮則為游離氮，不生成硫酸、硝酸）。由恒容高位發(fā)熱量減掉水的蒸發(fā)熱，得出的就是恒容低位發(fā)熱量。因為煤在工業(yè)裝置中燃燒時，全部水（包括燃燒生成的水和煤中原有的水）呈蒸氣狀態(tài)隨燃燒廢氣排出，不凝結(jié)成液態(tài)的水。恒容低位發(fā)熱量只有可燃物的燃燒熱。6．2空干基高位熱值計算公式Qgr.ad=Qb－(95St＋aQb)式中：Qgr.ad——空干基高位熱值MJ/kgSt——全硫%α——硝酸校正系數(shù)當(dāng)Qb≤16.7MJ/kg時，α＝0.001當(dāng)16.7MJ/K＜Qb≤25.1MJ/kg時，α＝0.0012