GB/T30727-2014固体生物质燃料发热量测定方法
2023-11-28
GB/T30727-2014固体生物质燃料发热量测定方法
1.范围
标准规定了用氧弹量热法测定固体生物质燃料的高位发热量的原理、试验条件、试剂和材料、仪器设备、测定步骤、测定结果的计算、热容量、仪器常数标定、方法精密度以及低位发热量的计算方法等。
本标准适用于各种固体生物质燃料。
2.规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其zui新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T21923固体生物质燃料检验通则
GB/T28730固体生物质燃料样品制备方法
GB/T28731固体生物质燃料工业分析方法
GB/T28732固体生物质燃料全硫测定方法
GB/T28733固体生物质燃料全水分测定方法
GB/T28734固体生物质燃料中碳氢测定方法
3.术语和定义
GB/T28734中界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1弹筒发热量bombcalorific value
单位质量的固体生物质燃料试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其供烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量。
3.2恒容高位发热量gross calorific value at constant volume
单位质量的固体生物质燃料试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量。
恒容高位发热量即由弹简发热量减去硝酸形成热和硫酸校正热后得到的发热量。
3.3恒容低位发热量net calorific value at constant volume
单位质量的固体生物质燃料试样在恒容条件下,在过量氧气中燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水(假定压力为0.1MPa)以及固态灰时放出的热量。
恒容低位发热量即由恒容高位发热量减去水(固体生物质燃料中原有的水和其中的氢燃烧生成的水)的气化热后得到的发热量。
3.4恒压低位发热zuinet calorific value at constant pressure
单位质量的固体生物质燃料试样在恒压条件下,在过量氧气中燃烧，其燃烧后的物质组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水(假定压力为0.1MPa)以及固态灰时放出的热量。
3.5热量计的有效热容量effective heat capacity of the calorimeter
量热系统产生单位温升所需的热量(简称热容量)。通常以焦耳每开尔文(J/K)表示。
4.热量单位
热量的单位为焦耳(J),1J=1N·m
固体生物质燃料的发热量测定结果以兆焦每千克(MJ/k)或焦耳每克(J/g)表示。需要时，可用千瓦时每立方米(kw·h/m3)表示。
注:MJ/kg×1000/3600=kw·h/kg×BD(容积密度kg/m3)=kw·h/m3。
5.原理
5.1恒容高位发热量
固体生物质燃料的发热量在氧弹热量计中进行测定。一定量的分析试样在氧弹热量计中,在充有过量氧气的弹内燃烧，热量计的热容量通过在相近条件下燃烧一定量的基准量热物质苯甲酸来确定，根据试样燃烧前后量
热系统产生的温升,并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量。
从弹筒发热量中扣除硝酸形成热和硫酸校正热(氧弹反应中形成的水合硫酸与气态二氧化硫的形成热之差)即得高位发热量。
5.2低位发热量
固体生物质燃料的恒容低位发热量和恒压低位发热量可以通过试样的高位发热量计算。计算恒容低位发热量需要知道固体生物质燃料试样中水分和氢的含量;计算恒压低位发热量还需知道固体生物质燃料试样中氧和氮的含量。
6.试验室条件
进行发热量测定的试验室应满足以下条件:
——进行发热量测定的试验室,应为单独房间,不得在同一房间内同时进行其他试验项目;
——室温应保持相对稳定,每次测定室温变化不应超过1℃，室温以在15℃-30℃范围为宜；
——室内应无强烈的空气对流,因此不应有强烈的热源、冷源和风扇等，试验过程中应避免开启门窗；
——试验室zui好朝北,以避免阳光照射，否则热量计应放在不受阳光直射的地方。
7.试剂和材料
7.1氧气:纯度不低于99.5%不含可燃成分，不允许使用电解；压力足以使氧弹充氧至3.0MP。
7.2苯甲酸:二等或二等以上有证基准量热物质。
7.3点火丝直径0.1mm左右的铁、铜、镍丝或其他已知热值的金属丝或棉线，如使用棉线，则应选用粗细均匀，不涂蜡的白棉线。
注：各种点火丝的热值为铁丝(6700J/g)、镍络丝(6000J/)、铜丝(2500J/g)、棉线(17500J/g)。
7.4点火导线：直径0.3mm左右的镍络丝或其他金属丝。
7.5擦镜纸：使用前先测出燃烧热，抽取3-4张纸，团紧，称准质量,放入燃烧皿中，然后按常规方法测定发热量，取三次结果的平均值作为擦镜纸热值。
8.仪器设备
8.1热量计
8.1.1总则
热量计是由氧弹内筒、外简、搅拌器,水、温度传感器、试样点火装置、温度测量和控制系统构成。通常热量计有两种,恒温式和绝热式,它们的量热系统被包围在充满水的双层夹套(外筒)中，它们的差别只在于外筒的控温方式不同,其余部分无明显区别。
无水热量计的内筒、搅拌器和水被一个金属块代替。氧弹为双层金属构成,其中嵌有温度传感器氧弹本身组成了量热系统自动氧弹热量计原则上应按照第8章和第10章中的原理和规定设计并构造并找照第11意的规定计算分析试样的弹筒发热量和恒容高位发热量。
自动氧弹热量计在每次试验中应记录(打印或其他方式)并给出详细的信息，如观测温升、冷却校正值(恒温式).有效热容量、样品质量和样品编号、点火热和其他附加热等;以便可对由此进行的所有计算都能进行人工验证，所用的计算公式应在仪器操作说明书中给出。计算中用到的附加热应清楚地确定所用的点火热、副反应热的校正应该明确说明。
本标准也允许使用其他非经典原理的氧弹热量计,只要它们的标定条件,标定试验和发热量测定时条件的相似性，试样质量与氧弹的容积之比、充氧压力、氧弹中加水量、以及测定的精密度和准确度等都符合本标准的基本要求。
热量计的准确度要求为，用苯甲酸作为样品进行5次发热量测定其5次测定结果的相对标准差不大于0.20%且其平均值与标准热值之差不超过50]/g。计算中除燃烧不完全的结果外，所有的测试结果不能随意舍弃。
8.1.2氧弹
由耐热、耐腐蚀的镍铬或镍铬钼等合金钢制成，需要具备三个主要性能；
a)不受燃烧过程中出现的高温和腐蚀性产物的影响而产生热效应；
b)能承受充氧压力和燃烧过程中产生的瞬时高压；
c)试验过程中能保持完全气密。
弹简容积一般为250mL~350mL弹头上应装有供充氧和排气的阀门以及点火电源的接线电极。新氧弹和新换部件(弹简、弹头、连接环)的氧弹应经20.0MPa的水压试验，证明无向题后方能使用。此外,应经常注意观察与氧弹强度有关的部件，如弹筒和连接环的螺纹、进气阀、出气阀和电极与弹头的连接处等,如发现显著磨损或松动，应进行修理,并经水压试验合格后再用。
氧弹应定期进行水压试验，每次水压试验后,氧弹的使用时间一般不应超过2年。
当使用多个氧弹时，每一个弹都应作为一个完整的单元使用。各氧弹部件不得交换使用。
8.1.3内简
用紫铜、黄铜或不锈钢制成，断面可为椭圆形、菱形或其他适当形状。简内装水通常为2000mL~3000mL，以能浸没氧弹(进、出气阀和电极除外)为准。
内筒外面应高度抛光,以减少与外简间的辐射作用。
8.1.4外简
为金属制成的双壁容器,并有上盖。外壁为圆形,内壁形状则依内筒的形状而定;外筒应完全包围内简，内外筒间应有10mm~12mm的间距，外简底部有绝缘支架，以便放置内简。
恒温式外筒和绝热式外简的控温方式不同,应分别满足以下要求;
a)恒温式外筒：恒温式热量计配置恒温式外筒。自动控温的外简在整个试验过程中,外简水温变化应控制在±0.1K之内;非自动控温式外简——静态式外简，盛满水后其热容量应不小于热量计热容量的5倍(通常12.5L的水量可以满足外简恒温的要求)，以便试验过程中保持外筒温度基本恒定。外筒的热容量应该是:当冷却常数约为0.0020min﹣1时，从试样点火到末期结束时的外筒温度变化小于0.16K;当冷却常数约为0.0030min﹣1时，此温度变化应小于0.11K。外简外面可加绝热保护层，以减少室温波动的影响。用于外简的温度计应有0.11K的zui小分度值;
b)绝热式外筒:绝热式热量计配置绝热式外简。外简中水量应较少,zui好装有浸没式加热装置，当样品点燃后能迅速提供足够的热量以维持外简水温与内筒水温相差在0.1K之内。通过自动控温装置,外筒水温能紧密跟踪内筒的温度。外筒的水还应在特制的双层盖中循环。自动控温装置的灵敏度应能达到使点火前和终点后内简温度保持稳定(5min内温度变化平均不超过0.0005K/min);在一次试验的升温过程中,内外简间热交换量应不超过20J。
8.15搅拌器
螺旋浆式或其他形式。转速400r/min~600r/min为宜并应保持恒定。搅拌器轴杆应有较低的热传导或与外界采用有效的隔热措施，以尽量减少量热系统与外界的热交换。搅拌器的搅拌效率应能使热容量标定中由点火到终点的时间不超过10min,同时又要避免产生过多的搅拌热。
注：搅拌速度过快将导致搅拌热增加,使搅拌速度难以保持恒定。
8.1.6量热温度计
用于内简温度测量的量热温度计至少应有0.001K的分辨率，以便能以0.002K或更好的分辨率测定2K到3K的温升；它代表的绝对温度应能达到近0.1K。量热温度计在它测量的每个温度变化范围内应是线性的或线性化的。它们均应经过计量部门的检定。
有以下两种类型的温度计可用于此目的:
a）玻璃水银温度计:常用的玻璃水银温度计一种是固定测温范围的精密温度计,另一种是可变测温范的贝克曼温度计。两者的zui小分度值应为0.01K。使用时应根据计量机关检定证书中的修正值做必要的校正。两种温度计都应进行温度校正(贝克曼温度计称为孔径校正),贝克曼温度计除孔径校正值外还有平均分度值校正值，为了满足所需要的分辨率，需要使用5倍的放大镜来读取温度,为防止水银柱在玻璃上的粘滞,通常需要一个机械振荡器来击温度计。如果没有机破振荡器,在读取温度前应人工故击温度计:
b）数字显示温度计:数字显示温度计可代替传统的玻璃水银温度计,这些温度计是由诸如销电阻、热敏电阻以及石英晶体共振器等配备合适的电桥,零点控制器、额率计数器或其他电子设备构成其分辨率至少应为0.001K短期重复性不应超过0.001K个月内的长期漂移不应超过0.05K。线性温度传感器在发热量测定中引起的偏倚比非线性温度传感器的小。
8.2附属设备
8.2.1燃烧皿
铂制品zui理想，一般可用镍络钢制品。规格可采用高17mm-18mm、底部直径19mm-20mm。上部直径25mm-26mm，厚0.5mm。其他合金钢或石英制的燃烧皿也可使用，但以能保证试样燃烧完全而本身又不受腐蚀和产生热效应为原则。
8.2.2压力表和氧气导管
压力表由两个表头组成:一个指示氧气瓶中的压力，一个指示充氧时氧弹内的压力。压力表应装有减压阀和保险阀。压力表每2年应经计量部门检定一次，以保证指示正确和操作安全。
压力表通过内径1mm-2mm的无缝铜管与弹连接，或通过高强度尼龙管与充装置连接，以便导人氧气。
压力表和各连接部分不得与油脂接触或使用润滑油。如不慎沾污,应依次用苯和酒精清洗，并待风干后再用。
8.23点火装置
点火采用12V-24V的电源，点火线路中可串接一个节电压的变阻器和一个指示点火情况的指示灯或电流计。
点火电压应预先试验确定。方法:接好点火丝,在空气中通电试验。在熔断式点火的情况下,调节电压使点火丝在1s-2s内达到亮红；在非熔断式点火的情况下节电压使点火线在4s-5s内达到暗红。
在非熔断式点火的情况下如采用棉线点火，则在遮火罩以上的两电极柱间连接一段直径约0.3mm的镍铬丝，丝的中部预先绕成螺旋数圈,以便发热集中。通电，准确测出电压、电流和通电时间，以便计算电能产生的热量。
8.2.4天平
8.2.4.1分析天平：zui小分度值0.1mg
8.2.4.2工业天平：zui大称量5kg，zui小分度值0.1g。
9.分析试样
用于测定发热量的固体生物质燃料样品应按GB/T28730制备成小于1mm的一般分析试样，可能时，制备成小于0.5mm或小于0.2mm的一般分析试样，以保证样品完全烧和测定结果满足方精密度要求。
试样应充分混匀,并与实验室环境达到湿度平衡。为了能对分析试样进行正确的水分校正，应该在称量发热量试样时同时称出水分测定试样，并尽快进行水分测定(测定程序见GB/T28731)。
本文由煤炭化验仪器厂家—鹤壁华诺煤检仪器分享，希望对大家有所帮助。有什么问题可以在评论区以及私信留言告诉我们！
