煤炭的发热量测定.doc

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1、2012届毕业论文煤炭的发热量测定 学 生： 翁建锋 学 号： 090727136 专 业： 工业分析与检验班 级： 09级（1）班指导教师： 刘丽红安全技术与环境工程系2012年6月目录前 言11发热量的测定31.1 发热量的含义31.2 发热量的测定42影响煤炭发热量测定准确度的因素82.1测定室选择布置的影响82.2 热容量标定的影响82.3煤样称取方法的影响92.4搅拌器故障或搅拌速度不均匀的影响92.5 煤样燃烧不完全的影响92.6内筒水量的影响102.7氧弹内加入蒸馏水量的影响10结束语11参考文献12致谢13煤炭的工业分析翁建锋摘要煤的发热量是了解煤质特性的重要指标，也是评价煤质

2、的基本标准。根据工业分析测定煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳的计算结果，硫含量，及其发热量的计算。可初步判断煤的性质，种类。各种煤的加工利用效果及其工业用途。工业分析测定的各个数据，是决定煤炭工业方向的理化指标。能真实反应煤自身特性的工业分析结果对煤的合理开发及科学有效利用具有可靠的指导意义。关键词煤； 发热量； 意义前 言煤既是重要的燃料，又是珍贵的冶金和化工原料。为了确定煤的各种性质，合理利用煤炭资源，通常先对大批量的煤进行采样和制备，获得具有代表性的煤样，然后再进行煤质分析。煤炭的发热量是对没质量好坏的直接评定标准，加之对煤的物理性质、化学性质和公益性质做进一步的研究，就可以综合的评价煤

3、质，确定各种煤的加工利用途径。煤炭是中国主要能源和重要的化工原料。煤炭企业在国民经济和社会发展中起着及其重要的地位。煤炭是赋存于地下的非再生性化石能源资源,素有“工业粮食”之称。而煤炭在我国也则具有重要的战略地位。我国能源资源一直富煤、缺油、少气,同时经济发展水平和经济实力决定了我国以煤为主的能源生产消费结构，煤炭是我国最可靠的能源,具有不可替代性。我国煤炭行业是集采矿业、能源业、基础原材料业特征于一体的行业,是国民经济发展的重要支撑。我国是世界第一产煤大国,煤炭产量占世界的40 %左右。煤炭是我国的主要能源,分别占一次能源生产和消费总量的70 %左右,在未来相当长的时期内,我国仍将是以煤为主

4、的能源结构。随着煤炭工业经济增长方式的转变、煤炭用途的扩展,煤炭的战略地位仍然十分重要。煤炭行业为发电行业、运输行业提供强大的能源保障。从成本的角度上看,国家在煤炭行业投入比量从煤炭在价格上相对石油和天然气有很强的优势,同等的发热量, 用煤的成本只相当于用石油的30 %。相对煤炭丰富的储量,我国石油储量严重不足,必须利用国际石油资源弥补国内石油供应的短缺。从我国的能源供应和安全考虑,既要积极开发利用国外的能源资源,又要注重开发利用国内的能源资源。国内石油和天然气资源有限,水能和核能的发展还存在许多制约因素,新能源的开发尚需相对煤炭丰富的储量,我国石油储量严重不足,必须利用国际石油资源弥补国内石

5、油供应的短缺。从我国的能源供应和安全考虑,既要积极开发利用国外的能源资源,又要注重开发利用国内的能源资源。国内石油和天然气资源有限,水能和核能的发展还存在许多制约因素,新能源的开发尚需时日, 煤炭具有不可替代的作用。专家预测, 到2022年,使用石油、天然气、的成本将会是煤炭的8倍甚至更高。依靠大量使用石油、天然气来解决中国能源问题的设想,是不实际的,风险很大。煤炭相当于石油和天然气,既具有储量优势,又具有成本优势,且分布也最广泛,因此煤炭是我国战略上最安全和最可靠的能源。目前,全球煤炭消耗占世界一次能源消耗的25 % 。随着其它一次能源的枯竭, 煤在一次性能源消费结构中的比重将进一步提高。我

6、国能源种类有诸多种,真正起主导作用的仍然是以煤炭、石油和天然气为主。它们都是重要的一次能源,都具有不可再生性。但相比之下,煤炭资源十分丰富、位居世界前列,石油次之,而天然气则相对匮乏。因此,尽管随着人们环保意识的增强,节能技术的提高和新能源的出现,煤炭在能源结构中的比重虽然有所下降,但在我国仍将高达70 %以上,到2050 年也不会低于50 %。另外,同石油、天然气相比,煤炭除具有储量优势之外,还具有石油、天然气不可比拟的独到优越性。一是随着煤炭开采技术的进步,煤炭开采成本将越来越低,具有十分明显的价格优势。二是煤炭易于储存和运输,附加成本低,使用面广。三是随着节能技术的进步、节能政策和措施的

7、增强,煤炭的利用率将大幅度提高。四是随着洁净煤技术和煤化工技术的发展,煤炭将由燃料向原料转变,煤炭不仅可以和石油、天然气一样清洁使用,而且还可以成为廉价的化工原料。五是我国石油进口量逐年递增,而有限的外汇储备不可能用于大规模进口原油,只能依靠煤炭转化和深加工来实现“以煤代油”。因此,从全国情况来看,煤炭依然是不可替代的重要能源,煤炭工业亦不是“夕阳工业”,相反,煤炭工业具有广阔的发展前景。1发热量的测定发热量的含义与单位。所谓燃料发热量，是指单位质量的燃料完全燃烧产生的热量。发热量的单位为焦/克（J/G）。或兆焦/千克（MJ/KG）1.1 发热量的含义煤的各种发热量名称的含义a.煤的弹筒发热量

8、（Qb）煤的弹筒发热量，是单位质量的煤样在热量计的弹筒内，在过量高压氧（2535个大气压左右）中燃烧后产生的热量（燃烧产物的最终温度规定为25）。由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的，因此发生了煤在空气中燃烧时不能进行的热化学反应。如：煤中氮以及充氧气前弹筒内空气中的氮，在空气中燃烧时，一般呈气态氮逸出，而在弹筒中燃烧时却生成N2O5或NO2等氮氧化合物。这些氮氧化合物溶于弹筒中生成硝酸，这一化学反应是放热反应。另外，煤中可燃硫在空气中燃烧时生成SO2气体逸出，而在弹筒中燃烧时却氧化成SO3，SO3溶于弹筒水中生成wiki硫酸/wiki。SO2、SO3,以及H2SO4溶于水生成硫酸水化物都是放热

9、反应。所以，煤的弹筒发热量要高于煤在空气中、工业锅炉中燃烧是实际产生的热量。为此，实际中要把弹筒发热量折算成符合煤在空气中燃烧的发热量。b.煤的高位发热量（Qgr）煤的高位发热量，即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。应该指出的是，煤的弹筒发热量是在恒容（弹筒内煤样燃烧室容积不变）条件下测得的，所以又叫恒容弹筒发热量。由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量。而煤在空气中大气压下燃烧的条件是恒压的（大气压不变），其高位发热量是恒压高位发热量。恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的。一般恒容高

10、位发热量比恒压高位发热量低8.420.9J/g,实际中当要求精度不高时，一般不予校正。c.煤的低位发热量（Qnet）煤的低位发热量，是指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量，扣除煤中水分（煤中有机质中的wiki氢/wiki燃烧后生成的氧化水，以及煤中的游离水和化合水）的汽化热（蒸发热），剩下的实际可以使用的热量。同样，实际上由恒容高位发热量算出的低位发热量，也叫恒容低位发热量，它与在空气中大气压条件下燃烧时的恒压低位热量之间也有较小的差别。d.煤的恒湿无灰基高位发热量（Qmaf）恒湿，是指温度30C，相对湿度96%时，测得的煤样的水分（或叫最高内在水分）。煤的恒湿无灰基高位发热量，实际中是不

11、存在的，是指煤在恒湿条件下测得的恒容高位发热量，除去灰分影响后算出来的发热量。1.2 发热量的测定发热量不仅是衡量煤质的重要指标之一,也是煤炭贸易中重要的计价指标。在煤质化验项目中,发热量的测定技术环节影响因素较多。本文从弹筒发热量测定过程中的有关问题入手,提出提高发热量测定准确性的建议。1温升的影响试样的弹筒发热量=热容量总温升-点火热-棉线(点火丝)热试样质量由上述公式可知,测定煤的弹筒发热量过程的实质是测定系统温度变化的过程。实际工作中使用苯甲酸对量热系进行热容量的标定,苯甲酸的质量是一定的,所以温升也就是一定的;在实际测试中,煤样与苯甲酸的发热量不尽相同,因此相同质量的煤样对量热系统可

12、能会造成不同程度的温升,因此在这种情况下利用原有的热容量值对高于或者低于苯甲酸热值的煤进行测定的时候可能得到不准确的热值,导致发热量测定结果与客户测定结果的差异。1、 方法提要 称取一定量的煤样于铁制燃烧皿中，于量热计中加入10ml水，后根据自动计量仪测出煤炭的热值。2、 实验仪器、设备微机全自动量热仪分析天平：感量为0.1mg长柄钥匙：10cm长辅助装置：铁丝、棉线氧气瓶：内置氧气纯度98.0%试剂：蒸馏水图1量热计简易装置图 1、厚壁圆筒；2、弹盖；3、螺帽；4、进气孔；5、排气孔； 6、电极；7、燃烧皿；8、电极（同时也是进气管）；9、火焰遮板三、分析步骤1、 打开量热仪、打印机、显示器

13、及主机电源开关。2、 用鼠标左键双击显示器屏幕上量热仪图标，进入测试程序。3、 用鼠标左键揿击工具栏中的“ ”图标，屏幕上将弹出测试界面。4、 将试样装入坩埚，称好试样（煤样重量一般为10.1g），将坩埚装入氧弹的坩锅架上，装好点火丝（长度为10cm），往氧弹中加入10ml蒸馏水，小心拧紧氧弹，应尽量少振动氧弹，注意避免坩埚和点火丝的位置因受振动而改变。注：勿使点火丝接触坩埚，以免形成短路而导致点火失败，甚至烧毁坩埚及坩埚架。仪器可自动识别。5、 打开氧气瓶阀门，将减压阀低压表上的压力调到2.8Mpa3Mpa，接着将氧弹装入氧弹挂钩上。6、 用鼠标左键单击“开始”按钮，输入相关数据，再单击“确

14、认”后，仪器开始自动测试。7、 试验结束后，内桶水自动放到水箱，界面将显示测试结果，并自动保存。8、 取下氧弹后，打开氧弹，仔细观察氧弹内试样有否溅出或有炭黑存 在，如有则该次试验作废。9、 将氧弹各部件清洗干净，并擦干，坩埚放在电炉上烤干并冷却后待用。注：清洗氧弹的水要用与室温接近的水，以免氧弹的温度与恒温桶内的水温相差太大，而影响下次试验结果。10、 单击“开始”按钮，可继续做下一个试验。当天试验完毕后，单击测试窗口标题条的“”按钮，系统将提示是否退出测试窗口，单击“确认”后，退出测试界面。然后再单击主界面上标题条的“”按钮，退出程序。11、 用鼠标左键单击显示器屏幕左下方的“开始”按钮，

15、关闭主机，然后关闭显示器、打印机和量热仪电源，盖好仪器盖布，关闭氧气瓶阀门。12、 注：做热值前必须用苯甲酸校正 图2：微机自动量热仪简易图 1、恒温夹套；2、档板；3、盛水桶；4、贝克曼温度计；5、氧弹； 6、绝热支架；7、搅拌马达；8、绝热塑料；9、绝热胶板；10、外筒水套 11、指示外筒水温的温度计；12、搅拌棒弹筒发热量在氧弹中，在有过剩的氧的情况下氧气初始压力2.63.0MPa(26 30atm)，燃烧单位质量的试样所产生的热量称为弹筒发热量。燃烧产物为二氧化碳、硫酸、硝酸、呈液态的水和固态的灰。 注：任何物质(包括煤)的燃烧热，随燃烧产物的最终温度而改变，温度越高， 燃烧热越低。因

16、此，一个严密的发热量定义，应对烧烧产物的温度有所规定。但在实际测定发热量时，由于具体条件的限制，把终点温度限定在一个特定的温度或一个很窄的范围内都是不现实的。温度每升高1K，煤和苯甲酸的燃烧热约降低 0.41.3J/g。当按规定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全抵消，而无需加以考虑。弹筒发热量4种表示方式：Qb,ad分析基弹筒发热量；Qb,d干燥基弹筒发热量；Qb,ar收到基弹筒发热量；Qb,daf干燥无灰基弹筒发热量。高位发热量4种表示形式：Qgr,ad分析基高位发热量；Qgr,d干燥基高位发热量；Qgr,ar收到基高位发热量；Qgr,daf干燥无灰基高位发

17、热量。低位发热量4种表示形式：Qnet,ad分析基低位发热量；Qnet,ar收到基低位发热量；Qnet,daf干燥无灰基低位发热量表1：煤炭热值数据表发热量样品编号123质量（g）1.00071.00111.0009高位发热量（J/kg）620063846136低位发热量（J/kg)5365542055322影响煤炭发热量测定准确度的因素煤的发热量是煤质分析及煤化程度的重要指标，可为工业锅炉设计、燃烧设备选型和动力用煤计价提供理论依据，对煤炭生产和销售有着重大的指导意义。在使用量热仪测定发热量的过程中往往会出现一些导致测定结果不准确或使检验失败的现象，因此应查找影响发热量测定准确性的因素，并及

18、时处理。2.1测定室选择布置的影响发热量测定过程中，其环境温度变化往往会影响测值的准确性。测定室温度一般要求在1530为宜，每天应根据实际情况和热容量标定时的温度，控制好室温，这是因为室温恒定，才能保证每次测定时量热仪内外筒温度变化不超过1 oC。可采用挂窗帘、安装空调设备等方法避免阳光直射、强力通风等引起量热仪外筒温度骤然升降事件发生。发热量测定时，根据室温调节量热仪外筒水温，再由外筒温度和煤样的大致温升调节内筒初始温度。另外热量室最好作为发热量测定专用室，如条件不充许，也应避免测定发热量时近距离同时使用马弗炉、干燥箱等热源测定其他试验项目而使测定结果不准确。2.2 热容量标定的影响热容量是

19、量热仪非常重要的参数，其标定的正确与否直接对测定结果产生重大影响。自动量热仪测定速度和自动化程度较高，量热系统的热容量有可能随温度的变化而改变。因此，不能在所有情况下都使用同一个热容量值，要按GBT213中规定的方法标定热容量的有效工作范围，确定在不同试验温升下需使用的实际热容量值。标定和反标热容量时必须使用经国家计量部门检定合格并标明热值的二级或二级以上的基准量热物 苯甲酸来标定仪器热容量。使用苯甲酸时应先研细，并在硫酸干燥器中放置3 d，或在烘箱中干燥34 h，冷却后压饼并保存在干燥器中以备用。若发现其中有黑色、黄色或其它不正常物质必须除去后，才能使用。自制苯甲酸片时一定要压紧，不得有裂纹

20、，而且苯甲酸片上不得沾有碎屑。标定时应尽量让苯甲酸质量为070。8g，因1 g苯甲酸产生的温升与标定热容量时基本一致，其测温误差无法检测出来。苯甲酸的测定值与标准热值之差未超过50 Jg时可认为该热容量是有效的，反之，则认为该热容量无效。量热仪热容量的标定一般每3个月进行一次，但如果出现更换感温探头或测温卡，更换量热仪较大部件(如搅拌器、氧弹)，更换外筒水，量热仪有较大搬动或标定热容量和测定发热量时内筒水温相差5 以上，或用苯甲酸检查测定值与标准热值之差超过50 Jg，而又非人为或外界原因造成时都必须重新标定热容量。2.3煤样称取方法的影响测定发热量时要求空气干燥煤样的粒度小于02 mm，质量

21、091I g(称准至00002 g)。测定过程中宜采用转瓶法将煤样混合均匀，然后把称取的松散煤样轻轻压实，以防燃烧时由于煤样松散而发生飞溅，导致试验失败或使发热量测定值偏低。在重复测试时，为防止煤样吸收水分而导致试验数据发生误差，必须做到同时称样，同时测量，2个煤样称量间隔时问不能太长。2.4搅拌器故障或搅拌速度不均匀的影响搅拌器接线部分接触不良，有虚接现象，会导致搅拌速度时快时慢、时转时停，有时搅拌桨上得不合适，被卡住而不能自由动作，也会导致内筒水局部获得的热不能及时散出，而使测得的内筒温度变化为虚假的温度变化。这种因为搅拌器故障或搅拌速度不均匀而使试验结果准确性发生偏差的情况在生产上是比较

22、常见的，当发现热容量或发热量重复测定结果不稳定，时高时低相差很远时，应及时检查是否是由于搅拌器故障或搅拌速度不均匀而造成，应及时对搅拌器故障进行处理，并重新标定热容量。2.5 煤样燃烧不完全的影响测定完发热量后，常发现燃烧皿内有未燃尽煤样，这种现象的发生会使发热量测定值比正常值偏低。导致这种情况的原因较多，除煤质本身的原因外，点火丝埋人煤粉较深、氧弹充氧时间不足、氧气压力不够、氧弹气密性不好等也都会导致煤样燃烧不完全。在实际测定中对于煤化程度低的难燃、高灰低热值煤，应采用包纸或掺苯甲酸的方法测试热值。方法为取一张擦镜纸，折成两折称出其质量，再在纸上称出煤样的质量，如需掺苯甲酸，再加入适量的苯甲

23、酸，称出其质量，将苯甲酸与煤样混匀，用纸包好，放在镍坩埚中进行发热量测定。同时要在输入“点火热” 一项中加入所掺苯甲酸或包纸的热值，仪器在试验完毕后会自动减出这些附加值，换算出煤样的热值。对于燃烧易飞溅的试样，应先用已知质量的擦镜纸包紧再进行测试，或在压饼机中压饼并切成24 mm的小块再进行发热量测定，可有效避免煤样因飞溅而导致的测定结果偏低或点火失败。测定发热量时正确连接点火丝也非常重要，点火丝的接法为点火丝下垂度应刚好与煤样接触，既不能埋入煤样过深，也不能离煤粉较远，这是因为点火丝埋入煤粉较深，易导致煤样燃烧不完全，使测定结果偏低，离煤粉较远，则易导致点火失败。氧弹的正确使用对测定值也有较

24、大影响，氧弹充氧时，压力要缓慢上升，若充氧过快，易导致试样溅出，使测定结果偏低，当充氧压力达到规定的2830 MPa后再维持15S，两次重复性试验充氧时间应一致，从而保证仪器应具备的重复性。当钢瓶指示的压力在50MPa以下时，充氧时间应适当延长，当钢瓶指示的压力在40 MPa以下时，应更换新的钢瓶氧气。同时还应密切注意检查氧弹的气密性，方法是把氧弹放人装水的内筒中，观察氧弹有元气泡冒出，如氧弹中无气泡冒出表明气密性良好，如果有气泡漏出，则表明漏气，应及时找出原因，加以纠正，重新充氧。充氧压力不足，或氧弹漏气均会导致煤样燃烧不完全或点火失败，使发热量测定不准确。2.6内筒水量的影响自动量热仪内筒

25、水是从外筒水注入的，水质有杂质或水量不能保持一致，都会使测定结果出现明显差错。因此，要注意检查量热仪电磁阀，包括进水阀和放水阀有无堵塞，水质有无杂质等，一旦发现点火丝或其他残渣堵塞在电磁阀内，应及时清理干净，并换水，重新用标准煤样或已知热值煤样标定仪器的热容量。2.7氧弹内加入蒸馏水量的影响氧弹中加入的蒸馏水量对测试结果有较大影响，必须保证10 mL，且必须是蒸馏水。一般来说，氧弹内加入的蒸馏水量越多，吸热就越多，测试结果就会偏低。因此，每次称取应尽量准确。结束语煤是重要的燃料，为了确定煤的各种性质，合理利用煤炭资源，就必须对煤的煤质进行分析，确定其等级。通过对煤热值的测定，得到的数据对应其标

26、准，可初步判断煤的性质，种类。同时也是煤的加工利用效果及其工业用途。工业分析测定热值的数据，是决定煤炭工业方向的理化指标。能真实反应煤自身特性的工业分析结果对煤的合理开发及科学有效利用具有可靠的指导意义。煤炭被称为黑色的金子，在交通运输，工业生产是必不可少的原料，只有通过煤炭的工业分析，通过热值的测定不仅可以合理的利用资源，还可以判断煤炭热烧是否完全。从而降低企业的生产成本，保护环境，从而实现煤炭资源的最大化利用。参考文献1植草益.产业组织论M. 中国 人民大学出版社，1998.2范中启，严霄蕙.中国煤炭产业市场结构演化及其成因J.统计观察，2006，（4）：76.3赵海勇，谭劲松.中国煤炭市

27、场结构分析J.技术 经济 与管理研究，2006，（4）：29-30.4贺继红，姚波.调整煤炭市场结构对策探讨J.2000，（10）：54.5赵海勇，谭劲松. 我国煤炭市场结构分析J技术经济与管理研究，2006，（4）. 6贺继红，姚波. 调整煤炭市场结构对策探讨J煤炭经济研究，2000，（10）. 7范中启，严霄蕙. 中国煤炭产业市场结构演化及其成因J统计与决策，2006， 8 中华人民共和国国家标准（GB212-91。） 9 中华人民共和国国家标准GB212-91 10 中华人民共和国国家标准GB214-83。） 11 中华人民共和国国家标准GB213-87。） 12 中华人民共和国国家标准

28、煤的工业分析方法GB/T212-2001 13 中华人民共和国国家标准煤中全水分的测定方法GB/T211-1996 14 康云月.工业分析.北京理工大学出版社 15 盛晓东.工业分析技术.北京：化学工业出版社致谢本文从拟定题目到定稿，历时数月。在本论文完成之际，首先要向我的导师刘丽红老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中，刘老师给了我许许多多的帮助和关怀。刘丽红老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人，在周老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时她对工作的积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。在此我谨向周老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢我们系里安排给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校福建船政交通职业学院，是它提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。 另外，衷心感谢我的同窗同学们，在我毕业论文写作中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。 最后，向我的亲爱的家人和朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力，学无止境。明天，将是我终身学习的另一天的开始。