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：[][]γγ1111'"M M I nI n==∑∑→式中[]M 代表组分分子式，γ1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：()()()()Q E T Q H T C iiiIo oPi iiio o=-=-∑∑γγγγ'"'"()E T i o o，()H T io o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： H E R T N i oi ooo=+∆R o 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E R T N i o o o〉〉∆，常常可以用生成焓代替生成热，即 H E i o i o≈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Q gw y和Q dw y表示应用基高位热值和低位热值，它们之间的关系为()Q Q H W dw y gw y y y=-+69（kcal / kg ）H W y y ,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Q Dr f表示。

它与高位热值间的关系为 ()QQ W W Q S a Q W W gwy gwf y f DT f DT f DT fy f =--=-+⋅∙--100100225100100.式中：S DT f 为分析基硫百分含量；W f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QDTf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QK TG=⋅∆（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~220V1.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9.0～50℃，分度值1℃；10.万用电表；11.标准热值苯甲酸（6324Cal/g）；12.蒸馏水；13.煤粉试样；14.酸洗石棉；15.弹头架；16.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： ()()[]{}QK H T h T h t gq CGTDf =+-++--00143∆. （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HNO 3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： ∆t V V m V r =+⋅+112（3） 式中： V ：初期每半分钟温度变化率。

V 1：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 ；h 0=0.0；h=0.0；H=1.000。

()()[]{}V V t Q Cal gDT f 1084808531000005286128511000010000500012300011200127534742861000853000012751600005143401110716329=-=-=-==-+⨯+⨯==⨯+-++-⨯-⨯=.................././∆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：℃；读数记录记录（签名）。