GB/T30727-2014固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測(cè)定方法
1.范圍
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用氧彈量熱法測(cè)定固體生物質(zhì)燃料的高位發(fā)熱量的原理、試驗(yàn)條件、試劑和材料、儀器設(shè)備、測(cè)定步驟、測(cè)定結(jié)果的計(jì)算、熱容量、儀器常數(shù)標(biāo)定、方法精密度以及低位發(fā)熱量的計(jì)算方法等。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于各種固體生物質(zhì)燃料。
2.規(guī)范性引用文件
下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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(yàn)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(cè)定方法
GB/T28733固體生物質(zhì)燃料全水分測(cè)定方法
GB/T28734固體生物質(zhì)燃料中碳?xì)錅y(cè)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(nèi)燃燒，其供燒后的物質(zhì)組成為氧氣、氮?dú)?、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(nèi)燃燒，其燃燒后的物質(zhì)組成為氧氣、氮?dú)?、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?dú)?、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?dú)?、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(jì)的有效熱容量effective heat capacity of the calorimeter
量熱系統(tǒng)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(cè)定結(jié)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(jì)中進(jìn)行測(cè)定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計(jì)中,在充有過(guò)量氧氣的彈內(nèi)燃燒，熱量計(jì)的熱容量通過(guò)在相近條件下燃燒一定量的基準(zhǔn)量熱物質(zhì)苯甲酸來(lái)確定，根據(jù)試樣燃燒前后量
熱系統(tǒng)產(chǎn)生的溫升,并對(duì)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(yīng)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(jì)算。計(jì)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(jì)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(yàn)室條件
進(jìn)行發(fā)熱量測(cè)定的試驗(yàn)室應(yīng)滿(mǎn)足以下條件:
——進(jìn)行發(fā)熱量測(cè)定的試驗(yàn)室,應(yīng)為單獨(dú)房間,不得在同一房間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行其他試驗(yàn)項(xiàng)目;
——室溫應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定,每次測(cè)定室溫變化不應(yīng)超過(guò)1℃，室溫以在15℃-30℃范圍為宜；
——室內(nèi)應(yīng)無(wú)強(qiáng)烈的空氣對(duì)流,因此不應(yīng)有強(qiáng)烈的熱源、冷源和風(fēng)扇等，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)避免開(kāi)啟門(mén)窗；
——試驗(yàn)室zui好朝北,以避免陽(yáng)光照射，否則熱量計(jì)應(yīng)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(zhǔn)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(yīng)選用粗細(xì)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(dǎo)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(cè)出燃燒熱，抽取3-4張紙，團(tuán)緊，稱(chēng)準(zhǔn)質(zhì)量,放入燃燒皿中，然后按常規(guī)方法測(cè)定發(fā)熱量，取三次結(jié)果的平均值作為擦鏡紙熱值。
8.儀器設(shè)備
8.1熱量計(jì)
8.1.1總則
熱量計(jì)是由氧彈內(nèi)筒、外簡(jiǎn)、攪拌器,水、溫度傳感器、試樣點(diǎn)火裝置、溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)構(gòu)成。通常熱量計(jì)有兩種,恒溫式和絕熱式,它們的量熱系統(tǒng)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(qū)別。
無(wú)水熱量計(jì)的內(nèi)筒、攪拌器和水被一個(gè)金屬塊代替。氧彈為雙層金屬構(gòu)成,其中嵌有溫度傳感器氧彈本身組成了量熱系統(tǒng)自動(dòng)氧彈熱量計(jì)原則上應(yīng)按照第8章和第10章中的原理和規(guī)定設(shè)計(jì)并構(gòu)造并找照第11意的規(guī)定計(jì)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(jì)在每次試驗(yàn)中應(yīng)記錄(打印或其他方式)并給出詳細(xì)的信息，如觀(guān)測(cè)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(hào)、點(diǎn)火熱和其他附加熱等;以便可對(duì)由此進(jìn)行的所有計(jì)算都能進(jìn)行人工驗(yàn)證，所用的計(jì)算公式應(yīng)在儀器操作說(shuō)明書(shū)中給出。計(jì)算中用到的附加熱應(yīng)清楚地確定所用的點(diǎn)火熱、副反應(yīng)熱的校正應(yīng)該明確說(shuō)明。
本標(biāo)準(zhǔn)也允許使用其他非經(jīng)典原理的氧彈熱量計(jì),只要它們的標(biāo)定條件,標(biāo)定試驗(yàn)和發(fā)熱量測(cè)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(cè)定的精密度和準(zhǔn)確度等都符合本標(biāo)準(zhǔn)的基本要求。
熱量計(jì)的準(zhǔn)確度要求為，用苯甲酸作為樣品進(jìn)行5次發(fā)熱量測(cè)定其5次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.20%且其平均值與標(biāo)準(zhǔn)熱值之差不超過(guò)50]/g。計(jì)算中除燃燒不完全的結(jié)果外，所有的測(cè)試結(jié)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(xiàn)的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應(yīng)；
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(yàn)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(yīng)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(yīng)經(jīng)20.0MPa的水壓試驗(yàn)，證明無(wú)向題后方能使用。此外,應(yīng)經(jīng)常注意觀(guān)察與氧彈強(qiáng)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(xiàn)顯著磨損或松動(dòng)，應(yīng)進(jìn)行修理,并經(jīng)水壓試驗(yàn)合格后再用。
氧彈應(yīng)定期進(jìn)行水壓試驗(yàn)，每次水壓試驗(yàn)后,氧彈的使用時(shí)間一般不應(yīng)超過(guò)2年。
當(dāng)使用多個(gè)氧彈時(shí)，每一個(gè)彈都應(yīng)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(nèi)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(dāng)形狀。簡(jiǎn)內(nèi)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(zhǔn)。
內(nèi)筒外面應(yīng)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(nèi)壁形狀則依內(nèi)筒的形狀而定;外筒應(yīng)完全包圍內(nèi)簡(jiǎn)，內(nèi)外筒間應(yīng)有10mm~12mm的間距，外簡(jiǎn)底部有絕緣支架，以便放置內(nèi)簡(jiǎn)。
恒溫式外筒和絕熱式外簡(jiǎn)的控溫方式不同,應(yīng)分別滿(mǎn)足以下要求;
a)恒溫式外筒：恒溫式熱量計(jì)配置恒溫式外筒。自動(dòng)控溫的外簡(jiǎn)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,外簡(jiǎn)水溫變化應(yīng)控制在±0.1K之內(nèi);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(yīng)不小于熱量計(jì)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(yàn)過(guò)程中保持外筒溫度基本恒定。外筒的熱容量應(yīng)該是:當(dāng)冷卻常數(shù)約為0.0020min﹣1時(shí)，從試樣點(diǎn)火到末期結(jié)束時(shí)的外筒溫度變化小于0.16K;當(dāng)冷卻常數(shù)約為0.0030min﹣1時(shí)，此溫度變化應(yīng)小于0.11K。外簡(jiǎn)外面可加絕熱保護(hù)層，以減少室溫波動(dòng)的影響。用于外簡(jiǎn)的溫度計(jì)應(yīng)有0.11K的zui小分度值;
b)絕熱式外筒:絕熱式熱量計(jì)配置絕熱式外簡(jiǎn)。外簡(jiǎn)中水量應(yīng)較少,zui好裝有浸沒(méi)式加熱裝置，當(dāng)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(nèi)筒水溫相差在0.1K之內(nèi)。通過(guò)自動(dòng)控溫裝置,外筒水溫能緊密跟蹤內(nèi)筒的溫度。外筒的水還應(yīng)在特制的雙層蓋中循環(huán)。自動(dòng)控溫裝置的靈敏度應(yīng)能達(dá)到使點(diǎn)火前和終點(diǎn)后內(nèi)簡(jiǎn)溫度保持穩(wěn)定(5min內(nèi)溫度變化平均不超過(guò)0.0005K/min);在一次試驗(yàn)的升溫過(guò)程中,內(nèi)外簡(jiǎn)間熱交換量應(yīng)不超過(guò)20J。
8.15攪拌器
螺旋漿式或其他形式。轉(zhuǎn)速400r/min~600r/min為宜并應(yīng)保持恒定。攪拌器軸桿應(yīng)有較低的熱傳導(dǎo)或與外界采用有效的隔熱措施，以盡量減少量熱系統(tǒng)與外界的熱交換。攪拌器的攪拌效率應(yīng)能使熱容量標(biāo)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(dǎo)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(jì)
用于內(nèi)簡(jiǎn)溫度測(cè)量的量熱溫度計(jì)至少應(yīng)有0.001K的分辨率，以便能以0.002K或更好的分辨率測(cè)定2K到3K的溫升；它代表的絕對(duì)溫度應(yīng)能達(dá)到近0.1K。量熱溫度計(jì)在它測(cè)量的每個(gè)溫度變化范圍內(nèi)應(yīng)是線(xiàn)性的或線(xiàn)性化的。它們均應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)量部門(mén)的檢定。
有以下兩種類(lèi)型的溫度計(jì)可用于此目的:
a）玻璃水銀溫度計(jì):常用的玻璃水銀溫度計(jì)一種是固定測(cè)溫范圍的精密溫度計(jì),另一種是可變測(cè)溫范的貝克曼溫度計(jì)。兩者的zui小分度值應(yīng)為0.01K。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)量機(jī)關(guān)檢定證書(shū)中的修正值做必要的校正。兩種溫度計(jì)都應(yīng)進(jìn)行溫度校正(貝克曼溫度計(jì)稱(chēng)為孔徑校正),貝克曼溫度計(jì)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(jī)械振蕩器來(lái)?yè)魷囟扔?jì)。如果沒(méi)有機(jī)破振蕩器,在讀取溫度前應(yīng)人工故擊溫度計(jì):
b）數(shù)字顯示溫度計(jì):數(shù)字顯示溫度計(jì)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃水銀溫度計(jì),這些溫度計(jì)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(jì)數(shù)器或其他電子設(shè)備構(gòu)成其分辨率至少應(yīng)為0.001K短期重復(fù)性不應(yīng)超過(guò)0.001K個(gè)月內(nèi)的長(zhǎng)期漂移不應(yīng)超過(guò)0.05K。線(xiàn)性溫度傳感器在發(fā)熱量測(cè)定中引起的偏倚比非線(xiàn)性溫度傳感器的小。
8.2附屬設(shè)備
8.2.1燃燒皿
鉑制品zui理想，一般可用鎳絡(luò)鋼制品。規(guī)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(yīng)為原則。
8.2.2壓力表和氧氣導(dǎo)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(nèi)的壓力。壓力表應(yīng)裝有減壓閥和保險(xiǎn)閥。壓力表每2年應(yīng)經(jīng)計(jì)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(nèi)徑1mm-2mm的無(wú)縫銅管與彈連接，或通過(guò)高強(qiáng)度尼龍管與充裝置連接，以便導(dǎo)人氧氣。
壓力表和各連接部分不得與油脂接觸或使用潤(rùn)滑油。如不慎沾污,應(yīng)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(jié)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(jì)。
點(diǎn)火電壓應(yīng)預(yù)先試驗(yàn)確定。方法:接好點(diǎn)火絲,在空氣中通電試驗(yàn)。在熔斷式點(diǎn)火的情況下,調(diào)節(jié)電壓使點(diǎn)火絲在1s-2s內(nèi)達(dá)到亮紅；在非熔斷式點(diǎn)火的情況下節(jié)電壓使點(diǎn)火線(xiàn)在4s-5s內(nèi)達(dá)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(yù)先繞成螺旋數(shù)圈,以便發(fā)熱集中。通電，準(zhǔn)確測(cè)出電壓、電流和通電時(shí)間，以便計(jì)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(cè)定發(fā)熱量的固體生物質(zhì)燃料樣品應(yīng)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(cè)定結(jié)果滿(mǎn)足方精密度要求。
試樣應(yīng)充分混勻,并與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境達(dá)到濕度平衡。為了能對(duì)分析試樣進(jìn)行正確的水分校正，應(yīng)該在稱(chēng)量發(fā)熱量試樣時(shí)同時(shí)稱(chēng)出水分測(cè)定試樣，并盡快進(jìn)行水分測(cè)定(測(cè)定程序見(jiàn)GB/T28731)。
本文由煤炭化驗(yàn)儀器廠(chǎng)家—鶴壁華諾煤檢儀器分享，希望對(duì)大家有所幫助。有什么問(wèn)題可以在評(píng)論區(qū)以及私信留言告訴我們！
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