实验三 燃料热值测定

实验三 燃料热值的测定 一、实验的理论基础 燃料的燃烧热（或热值）是指单位质量（g或gmol）的燃料在标准状态下与氧完全燃烧时释放的热量。完全燃烧是指燃料（常指碳氢燃料）中的C完全转变为二氧化碳，氢转变为水，硫转变为二氧化硫。如果燃烧发生于定压过程，这是的燃烧热为定压燃烧热，又称燃烧焓，如果燃烧过程保持容积不变，这是的燃烧为定容燃烧热。 假定有N中组分参与反应的方程式为： 式中 代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 组分分子式， 为分子前指数，“'”，“"”分别为反应物和产物，则定容燃烧热和定压燃烧热分别为： ， 分别为标准定容生成热或生成焓（kcal/gmal，kcal/kg）。上标“o”代表标准状态（1atm，25℃），它们之间的关系为： 为通用气体常数，(N为气相组分在反应中的摩尔数变化，对于等摩尔数反应，(N=0，一般情况下，由于 ，常常可以用生成焓代替生成热，即 根据反应产物中水的状态不同，热值又有低热值和高热值之分。如产物水为蒸汽，这是的热值为低热值，如产物为液态水，热值为高热值，两者的差值为水的蒸发潜热（Qr=10.52kcal/gmal）。 工业上常用燃料的元素分析法确定高低热值的关系。若用符号 和 表示应用基高位热值和低位热值，它们之间的关系为 （kcal / kg） 分别为应用基氢百分含量和全水份含量。 本实验测定的是分析基弹筒热值，用 表示。它与高位热值间的关系为 式中： 为分析基硫百分含量； 为分析基水份含量；a为修正系数；无烟煤和贫煤取0.001，其它煤种取0.0015。 二、实验原理 本实验用氧弹式热量计测定常温（15℃～30℃）下固体或液体燃料的弹筒定容热值 实验的基本原理是热力学第一定律。 实验过程中使环境（量热体系以外）温度不变，给定的燃料试样在氧弹中完全燃烧释放热量。使量热体系温度升高，记录实验过程中温度的变化，就可以算出燃料试样的弹筒热值。 在测量中，先使已知热值的标准热值苯甲酸（6342cal/g）在量热体中燃烧，求出热量计的水当量（数值上等于量热体系温度升高1℃所需的热量）。然后在相同条件下，使被测燃料在热量计中燃烧，由量热体系的水当量，即可求出被测燃料的热值，计算公式可写成 （1） 式中：K为水当量（Cal/K），(T为温度增量（K），G为试样重量（g）。 三、实验装置和实验试剂 12 7 11 8 9 4 6 13 5 14 10 1 15 16 3 2 ~220V 1. 外壳 2. 量热容器 3. 搅拌器 4. 搅拌马达 5. 绝热支柱 6. 氧弹 7. 贝克曼温度计 8. 工业用玻璃温度计 9. 电 极 10. 盖 子 11. 放大镜 12. 电动振动装置 13. 水 14. 指示灯 15. 可变电阻调节 16. 开 关 图4—1燃料燃值测定实验装置与结构 1. 氧弹式热量计（见图4—1）及其附件； 2. 氧气瓶及减压阀； 3. 压块机； 4. 盘架天平，粗称煤粉重量； 5. 分析天平，精确测定点火铁丝和煤粉重量，型号：TG328B，分度值0.1mg； 6. 点火铁丝，直径小于0.2毫米，剪成10cm一段，将等长度的10根铁丝在分析天平称重，算出每根铁丝的平均重量； 7. 贝克曼温度计，刻度范围0～5℃；分度值0.01℃估读到0.001℃； 8. 玻套温度计，测量外筒水温，刻度范围0～50℃，分度值1℃； 9. 万用电表； 10. 标准热值苯甲酸（6324Cal/g）； 11. 蒸馏水； 12. 煤粉试样； 13. 酸洗石棉； 14. 弹头架； 15. 工具； 四、实验步骤 1．试样称重，取煤粉试样1.0～1.2g，先在托盘天平上粗称，然后在分析天平上称准到0.0002g，放在垫有酸洗石棉的坩埚中，当测定低热值煤或灰份大于40%的煤样时，可加0.2g左右已知苯甲酸热值。一般煤可作粉状燃烧，挥发份大的烟煤或褐煤作粉状燃烧时可能溅出，可用美浓纸包样燃烧（计算时应减去纸的热值），或与点火丝一起压成块（见图4—2）。 煤块 点火丝 点火丝 图4—2煤粉压块示意图 2．弹中加10ml蒸馏水，弹头放在弹头架上，将盛有试样的坩埚固定在坩埚架上，将点火丝两端固定在两个电极上，中间放入煤粉中，点火丝与坩埚接触，用万用表检查点火丝与电极接触是否良好。拧紧氧弹盖，缓慢通入氧气，使弹内压力达到25～30atm，氧弹不应漏气。 3．充有氧气的氧弹放入量热器内筒中，加入3000g蒸馏水（称准到0.5g)，蒸馏水温应事先调整，外筒水温与室温相差不得超过0.5℃内筒水温应比外筒水温低0.7℃。 4．接好电极，将贝克曼温度计插入内筒，装好搅拌器，盖好外盖。 5．启动搅拌器，用放大镜观察温度变化，但温度上升均匀后，开始读取温度，每半分钟温度上升大于0.5℃，观测到0.1℃；每半分钟温度升高为0.5～0.1℃，观测到0.01℃；每半分钟温度升高小于0.1℃，观测到0.001℃。实验分三个阶段读数： · 初期：试样燃烧前，观测和记录环境与量热体系的热交换，每隔一分钟读取一次，共读取六次，得到五个温度间隔，在初期最后一次读数的瞬间，将点火电压预先升高到预定值，同时按下电钮进行点火。 · 主期：试样燃烧产生热量传给热量计，使热量计各部分温度达到均匀，每半分钟读取一次，直到温度不再上升而开始下降的第一次温度为止。 · 末期：观察终了温度下的热交换关系，每半分钟读取一次，约读取十次作为实验末期。 6．停止搅拌，关闭电源，取下贝克曼温度计和电极，取出氧弹，缓慢打开气阀，在5分钟左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，放在弹头架上，量出未燃尽点火丝的长度，计算实际消耗的点火丝重量，检查弹体内部，如有烟黑或未燃尽试样微粒（不是灰份），此次实验作废。 7．如果测定全硫含量以计算高位发热量时应收集弹液（终了半小时后再放余气）。用热蒸馏水洗涤弹体内各部分：坩埚和进气阀，将全部洗涤液和坩埚中的物质收集在洁净烧杯中，洗涤液应为150～200ml。 8．将盛有洗涤液的烧杯加盖微沸5分钟，加两滴1%酚酞，以1/10N的NAOH溶液滴到粉红色，保持15秒不变为止。 9．如不计算高位发热量时，7、8两步可省略。用干布将氧弹内外表面和弹盖擦干净，用电吹风将其吹干或风干。 五、测量结果计算： 在仪器设计制造中已考虑使热量体系与环境见热交换作用尽量减小，剩余的热交换作用，在体系与环境间相差2～3℃以下时，可用校正公式进行修正。 1．测定结果按下列公式计算： （2） 式中： H：贝克曼温度计每一度相当于实际温度的度数，特别的热量计用温度计H=1.000℃ To，T：直接观测到的主期的初温和终温（℃） ho，h：温度分别为To和T时，温度计刻度的校正（℃） (t：量热计热交换修正值（℃） g，q：分别为点火丝实际消耗量（g）和燃烧量（cal/g） C：滴定洗涤液消耗的1/10N的NaOH溶液容积（ml），不计高位热值时为0。 1.43相当于1ml 1/10N的NaOH溶液与HNO3反应时的生成热和熔解热。 G：试样重量（g）。 2．热量计热交换修正值用奔特公式计算： （3） 式中： V：初期每半分钟温度变化率。 V1：末期每半分钟温度变化率。 m：主期中每半分钟温度上升小于0.3℃的间隔数，第一个间隔总是计入m中。 r：主期中每半分钟温度上升小于0.3℃的将间隔数。 六、实验思考题： 1. 热量计的水当量如何测定? 2. 实验结果计算式中，各项需要修正的原因是什么？ 3. 贝克曼温度计有什么特点？使用时需要注意哪些问题？ 4. 对照有关资料，分析实验数据的可靠程度，并说明理由。 附： 实验示例： 某燃料在下列条件下测定弹筒热值：室内温度：22.3℃；外筒温度：22.5℃；内筒温度：21.8℃；水当量：K=3474Cal/g；试样：G=1.1071g；消耗点火丝（细铁丝）重量：g=0.0050g；铁丝热值：q=1600Cal/g；C=4.01ml；h0=0.0；h=0.0；H=1.000。 记录数据如下表： 序号 初期 序号 主期 m r 序号 末期 0 0.848 1 1.090 1 2.860 1 2 1.930 2 2.859 2 0.849 3 2.390 3 2.858 3 4 2.610 4 2.857 4 0.850 5 2.722 5 2.856 5 6 2.782 6 2.855 6 0.851 7 2.817 7 2.854 7 8 2.837 8 2.853 8 0.852 9 2.849 9 2.852 9 10 2.856 10 2.851 10 0.853（点火） 11 2.860 3 11 1 1.090 12 2861 12 2 1.930 13 2.862 13 3 14 2.862 14 4 15 2.861 12 15 燃料热值的测定记录表 年 月 日 试样名称： ； 室温： ℃； 热量计号码： ； 外筒水温： ℃； 温度计号码： ； 内筒水温： ℃； 读数记录 序号 初期 序号 主期 m r 序号 末期 参数 0 1 1 G 1 2 2 g 2 3 3 c 3 4 4 Q 4 5 5 q 5 6 6 V 6 7 7 v 7 8 8 (t 8 9 9 K 9 10 10 H 10 11 11 h 1 12 12 n 2 13 13 m 3 14 14 r 4 15 15 记录（签名） _954830180.unknown _954830710.unknown _955356072.unknown _955356252.unknown _955356900.unknown _955356957.unknown _955356157.unknown _955355736.unknown _955355840.unknown _955354004.unknown _955355594.unknown _955354002.unknown _955354003.unknown _955354001.unknown _954830519.unknown _954830657.unknown _954830371.unknown _954829153.unknown _954829790.unknown _954830013.unknown _954829715.unknown _954828994.unknown _954829030.unknown _954828734.unknown