GB/T30727-2014固體生物質燃料發熱量測定方法
2023-11-28
GB/T30727-2014固體生物質燃料發熱量測定方法
1.范圍
標準規定了用氧彈量熱法測定固體生物質燃料的高位發熱量的原理、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熱量的計算方法等。
本標準適用于各種固體生物質燃料。
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固體生物質燃料檢驗通則
GB/T28730固體生物質燃料樣品制備方法
GB/T28731固體生物質燃料工業分析方法
GB/T28732固體生物質燃料全硫測定方法
GB/T28733固體生物質燃料全水分測定方法
GB/T28734固體生物質燃料中碳氫測定方法
3.術語和定義
GB/T28734中界定的以及下列術語和定義適用于本文件
3.1彈筒發熱量bombcalorific value
單位質量的固體生物質燃料試樣在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，其供燒后的物質組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態水以及固態灰時放出的熱量。
3.2恒容高位發熱量gross calorific value at constant volume
單位質量的固體生物質燃料試樣在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，其燃燒后的物質組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態水以及固態灰時放出的熱量。
恒容高位發熱量即由彈簡發熱量減去硝酸形成熱和硫酸校正熱后得到的發熱量。
3.3恒容低位發熱量net calorific value at constant volume
單位質量的固體生物質燃料試樣在恒容條件下,在過量氧氣中燃燒，其燃燒后的物質組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態水(假定壓力為0.1MPa)以及固態灰時放出的熱量。
恒容低位發熱量即由恒容高位發熱量減去水(固體生物質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熱量。
3.4恒壓低位發熱zuinet calorific value at constant pressure
單位質量的固體生物質燃料試樣在恒壓條件下,在過量氧氣中燃燒，其燃燒后的物質組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態水(假定壓力為0.1MPa)以及固態灰時放出的熱量。
3.5熱量計的有效熱容量effective heat capacity of the calorimeter
量熱系統產生單位溫升所需的熱量(簡稱熱容量)。通常以焦耳每開爾文(J/K)表示。
4.熱量單位
熱量的單位為焦耳(J),1J=1N·m
固體生物質燃料的發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，可用千瓦時每立方米(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恒容高位發熱量
固體生物質燃料的發熱量在氧彈熱量計中進行測定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計中,在充有過量氧氣的彈內燃燒，熱量計的熱容量通過在相近條件下燃燒一定量的基準量熱物質苯甲酸來確定，根據試樣燃燒前后量
熱系統產生的溫升,并對點火熱等附加熱進行校正后即可求得試樣的彈筒發熱量。
從彈筒發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二氧化硫的形成熱之差)即得高位發熱量。
5.2低位發熱量
固體生物質燃料的恒容低位發熱量和恒壓低位發熱量可以通過試樣的高位發熱量計算。計算恒容低位發熱量需要知道固體生物質燃料試樣中水分和氫的含量;計算恒壓低位發熱量還需知道固體生物質燃料試樣中氧和氮的含量。
6.試驗室條件
進行發熱量測定的試驗室應滿足以下條件:
——進行發熱量測定的試驗室,應為單獨房間,不得在同一房間內同時進行其他試驗項目;
——室溫應保持相對穩定,每次測定室溫變化不應超過1℃，室溫以在15℃-30℃范圍為宜；
——室內應無強烈的空氣對流,因此不應有強烈的熱源、冷源和風扇等，試驗過程中應避免開啟門窗；
——試驗室zui好朝北,以避免陽光照射，否則熱量計應放在不受陽光直射的地方。
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。
7.3點火絲直徑0.1mm左右的鐵、銅、鎳絲或其他已知熱值的金屬絲或棉線，如使用棉線，則應選用粗細均勻，不涂蠟的白棉線。
注：各種點火絲的熱值為鐵絲(6700J/g)、鎳絡絲(6000J/)、銅絲(2500J/g)、棉線(17500J/g)。
7.4點火導線：直徑0.3mm左右的鎳絡絲或其他金屬絲。
7.5擦鏡紙：使用前先測出燃燒熱，抽取3-4張紙，團緊，稱準質量,放入燃燒皿中，然后按常規方法測定發熱量，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、攪拌器,水、溫度傳感器、試樣點火裝置、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,其余部分無明顯區別。
無水熱量計的內筒、攪拌器和水被一個金屬塊代替。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熱量和恒容高位發熱量。
自動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，如觀測溫升、冷卻校正值(恒溫式).有效熱容量、樣品質量和樣品編號、點火熱和其他附加熱等;以便可對由此進行的所有計算都能進行人工驗證，所用的計算公式應在儀器操作說明書中給出。計算中用到的附加熱應清楚地確定所用的點火熱、副反應熱的校正應該明確說明。
本標準也允許使用其他非經典原理的氧彈熱量計,只要它們的標定條件,標定試驗和發熱量測定時條件的相似性，試樣質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行5次發熱量測定其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，需要具備三個主要性能；
a)不受燃燒過程中出現的高溫和腐蝕性產物的影響而產生熱效應；
b)能承受充氧壓力和燃燒過程中產生的瞬時高壓；
c)試驗過程中能保持完全氣密。
彈簡容積一般為250mL~350mL彈頭上應裝有供充氧和排氣的閥門以及點火電源的接線電極。新氧彈和新換部件(彈簡、彈頭、連接環)的氧彈應經20.0MPa的水壓試驗，證明無向題后方能使用。此外,應經常注意觀察與氧彈強度有關的部件，如彈筒和連接環的螺紋、進氣閥、出氣閥和電極與彈頭的連接處等,如發現顯著磨損或松動，應進行修理,并經水壓試驗合格后再用。
氧彈應定期進行水壓試驗，每次水壓試驗后,氧彈的使用時間一般不應超過2年。
當使用多個氧彈時，每一個彈都應作為一個完整的單元使用。各氧彈部件不得交換使用。
8.1.3內簡
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。簡內裝水通常為2000mL~3000mL，以能浸沒氧彈(進、出氣閥和電極除外)為準。
內筒外面應高度拋光,以減少與外簡間的輻射作用。
8.1.4外簡
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，內外筒間應有10mm~12mm的間距，外簡底部有絕緣支架，以便放置內簡。
恒溫式外筒和絕熱式外簡的控溫方式不同,應分別滿足以下要求;
a)恒溫式外筒：恒溫式熱量計配置恒溫式外筒。自動控溫的外簡在整個試驗過程中,外簡水溫變化應控制在±0.1K之內;非自動控溫式外簡——靜態式外簡，盛滿水后其熱容量應不小于熱量計熱容量的5倍(通常12.5L的水量可以滿足外簡恒溫的要求)，以便試驗過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，從試樣點火到末期結束時的外筒溫度變化小于0.16K;當冷卻常數約為0.0030min﹣1時，此溫度變化應小于0.11K。外簡外面可加絕熱保護層，以減少室溫波動的影響。用于外簡的溫度計應有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。外簡中水量應較少,zui好裝有浸沒式加熱裝置，當樣品點燃后能迅速提供足夠的熱量以維持外簡水溫與內筒水溫相差在0.1K之內。通過自動控溫裝置,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。自動控溫裝置的靈敏度應能達到使點火前和終點后內簡溫度保持穩定(5min內溫度變化平均不超過0.0005K/min);在一次試驗的升溫過程中,內外簡間熱交換量應不超過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火到終點的時間不超過10min,同時又要避免產生過多的攪拌熱。
注：攪拌速度過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溫度變化范圍內應是線性的或線性化的。它們均應經過計量部門的檢定。
有以下兩種類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。使用時應根據計量機關檢定證書中的修正值做必要的校正。兩種溫度計都應進行溫度校正(貝克曼溫度計稱為孔徑校正),貝克曼溫度計除孔徑校正值外還有平均分度值校正值，為了滿足所需要的分辨率，需要使用5倍的放大鏡來讀取溫度,為防止水銀柱在玻璃上的粘滯,通常需要一個機械振蕩器來擊溫度計。如果沒有機破振蕩器,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0.001K個月內的長期漂移不應超過0.05K。線性溫度傳感器在發熱量測定中引起的偏倚比非線性溫度傳感器的小。
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生熱效應為原則。
8.2.2壓力表和氧氣導管
壓力表由兩個表頭組成:一個指示氧氣瓶中的壓力，一個指示充氧時氧彈內的壓力。壓力表應裝有減壓閥和保險閥。壓力表每2年應經計量部門檢定一次，以保證指示正確和操作安全。
壓力表通過內徑1mm-2mm的無縫銅管與彈連接，或通過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，并待風干后再用。
8.23點火裝置
點火采用12V-24V的電源，點火線路中可串接一個節電壓的變阻器和一個指示點火情況的指示燈或電流計。
點火電壓應預先試驗確定。方法:接好點火絲,在空氣中通電試驗。在熔斷式點火的情況下,調節電壓使點火絲在1s-2s內達到亮紅；在非熔斷式點火的情況下節電壓使點火線在4s-5s內達到暗紅。
在非熔斷式點火的情況下如采用棉線點火，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,以便發熱集中。通電，準確測出電壓、電流和通電時間，以便計算電能產生的熱量。
8.2.4天平
8.2.4.1分析天平：zui小分度值0.1mg
8.2.4.2工業天平：zui大稱量5kg，zui小分度值0.1g。
9.分析試樣
用于測定發熱量的固體生物質燃料樣品應按GB/T28730制備成小于1mm的一般分析試樣，可能時，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足方精密度要求。
試樣應充分混勻,并與實驗室環境達到濕度平衡。為了能對分析試樣進行正確的水分校正，應該在稱量發熱量試樣時同時稱出水分測定試樣，并盡快進行水分測定(測定程序見GB/T28731)。
本文由煤炭化驗儀器廠家—鶴壁華諾煤檢儀器分享，希望對大家有所幫助。有什么問題可以在評論區以及私信留言告訴我們！
