锅炉实验指导书2014(1)

锅炉实验指导书

实验一 煤的发热量测定实验

一、实验目的

测定发热量的目的是确定煤在锅炉中完全燃烧时所放出的热量。发热量是煤的重要指标之一。锅炉设计改造中热平衡的计算，一些相关参数的确定及配套设备部件的选择均以煤的发热量作为重要依据。煤的发热量同其他工业分析参数一样也是指导锅炉运行管理的重要依据。本实验的主要目的是

1) 学习可燃物发热量的测定方法；主要是煤的发热量测定； 2) 了解测试仪器的性能和操作技巧；

3) 理论联系实际，分析固体燃料发热量的影响因素及其测定的实验条件； 4) 培养学生组织实验、记录和整理数据及编写实验报告的能力。 二、实验原理

1、将一定量的试样置于燃烧皿中，再将燃烧皿放于氧弹中，并给氧弹充以过量氧，将氧弹装于已知热容量的热量计中(热量计的热容量在和实验相似的条件下用基准量热物苯甲酸来确定，热量计量热系统温度上升1K所需的热量定义为热容量)，测出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与二氧化硫形成热之差即为高位发热量。由高位发热量中扣除水蒸气的气化潜热即得煤的低位发热量。

实验室采用JJ-ZR/3A微机自动量热仪，弹筒发热量可直接由机器读出。 2、发热量测定对实验室的要求

1) 实验室应设在一单独房间，不得在同一房间内进行其他实验项目。 2) 室温应尽量保持恒定，每次测定室温变化不应超过1K，通常室温以

不超出15～30℃范围为宜。

3) 室内无强烈的空气对流，因此不应有强烈的热源和风扇等，实验过

程中应避免开启门窗。

4) 试验室最好朝北，以避免阳光照射，或将热量计放在不受阳光直射

的地方。由高位发热量中扣除水蒸气的气化潜热即得煤的低位发热量。

三、实验仪器

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热量计：通用的热量计有恒温式和绝热式两种。下面只介绍使用广泛的恒温热量计

本实验室采用单片机微型计算机自动控制测量过程，自动点火。计算机打印被测物质的热值。

1、热量计主体部分构成：

1) 外筒：用不锈钢制成双壁容器；（双壁筒夹层装满水为止）。

2) 内筒：由不锈纲制成，断面为椭圆形；每次测量时，内筒装2000ml

水，应能浸没氧弹。

3) 搅拌器：由电机带动，叶浆转速400~600r/min，内筒的水围绕氧弹

流动，使温度均匀分布。

4) 氧弹：由耐热耐腐蚀的镍铬合金钢制成，是样品的燃烧室，内装样

品，充氧气，电极点火，样品全部燃烧，放出全部热量供测试。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、 验过程中能保持完全气密。

氧弹容积为250～300ml，弹盖上应有供充氧和排气的阀门以及点火电源的接线电极。新氧弹和新换部件的氧弹应经20.0MPa 的水压实验后方能使用。每次水压实验后，使用期不超过2年。 5）

量热测温探头（温度传感器）：测量内筒水的温度数值，并电信

号输出，传输给微机处理。

2、附属设备

1) 氧气瓶、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。表头上装有减压阀和保险阀。 2) 分析天平：量程1~3克，精确到0.0001克。

工业天平：量程4~5千克，精确到1克。

3) 燃烧皿：是煤的燃烧室，其高17～18mm,底部直径19～20mm,上部直

径25～26mm,厚0.5mm。一般铂燃烧皿最好,也可用镍铬钢或其他合金钢及石英制作以能保证煤样燃烧自身不受腐蚀和产生热效应为原则。

2、试剂

1、 氧气：不含可燃成分，因此不许使用电解氧。

2、 苯甲酸：经计量单位检定并标明热值的苯甲酸。其发热量是26502±4

（J/g）。

使用前用研钵研细(﹤O.2mm)并在盛有硫酸的干燥器中放置3h,或在60～70℃的烘箱中干燥3一4h,冷却后压饼。

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也可将未经研磨的苯甲酸装入燃烧皿中放在温度为121一126℃的烘箱中lh,或在酒精灯的小火焰进行熔融,放入干燥器中冷却后使用。熔体表面的针状结晶应用洁净毛刷刷掉,然后才能使用。

3、材料

1) 点火丝：直径0.1mm左右的镍铬丝或其他已知热值的金属丝。直径为

0.1mm左右的铂、铁、铜、镍铬丝或其他己知热值的金属丝均可使用,使用棉线时,应选粗细均匀不涂蜡的白色棉线。各种点火丝使用前,先截成等长的数十根,称量、再求出每根的重量。各种点火丝热值如下:铁丝:6699J/g，铜丝:2512J/g，铂丝:419J/g，镍铬丝:1403J/g。 2) 点火棉线：大约8cm.17501J/g。 3) 分析煤样：粒径小于0.2mm。

4) 石棉绒或石棉纸,使用前在800℃下灼烧0.5h。 5) 擦镜头纸或卷烟纸;使用前应先测出发热量。 6) 氢氧化钠标准溶液。 7) 甲基红或甲基橙指示剂。 四、实验方法和步骤 1、测量步骤

1)在燃烧皿中精确称取分析试样1g土0.lg,精确到0.0002g。

对于燃烧时易于飞溅的试祥,先用已知质量的擦镜纸包紧再进行测试。也可在压饼机中压饼并切成2～4mm的小块使用(可在此步骤后称量以保证试样质量的准确性)。

对于不易燃烧的试样,宜用石英燃烧皿,或在金属燃烧皿中铺一个石棉垫,或在皿底铺一层石棉绒,以手指压实作衬垫均可。若仍燃烧不完全可提高充氧压力至3.2MPa,或用知热值的擦镜纸若干克包裹试样并压紧,放入燃烧皿中。 2)卸下氧弹帽，将弹头部分置于弹头支架上，将长约60mm,￠0.1-0.2mm的镍铬丝（点火丝）两端装在电极柱上,注意与试样保持良好接触或保持微小的距离(对易飞溅和易燃的煤)。勿使点火丝接触燃烧皿,以免形成短路而导致点火失败,甚至烧坏燃烧皿。同时还应注意防止两电极间以及燃烧皿与另一电极之间的短路。在点火丝中间位置系上棉线。另一端搭接在试样上，根据试样的点火难易，调节棉线的搭接长度。当有电流通过时，镍铬丝被烧成赤红，引燃棉线和煤样。 3)给氧弹加入l0mL蒸馏水。小心拧紧氧弹盖,以防止因震动点火丝位置改

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变、点火失败。给氧弹中充入2.8～3.0MPa的氧气,应缓缓充入,时间不少于l5s。当氧气瓶中压力降到5.OMPa以下时,应适当延长充氧时间。当瓶中压力低于4.0MPa时,应更换氧气。

4)用容量瓶称量蒸馏水（大约2000mL）,加入内筒中至氧弹盖的顶面(不包括突出的氧气阀和电极)淹没在水面下10～20mm。每次实验时内筒装水量应与标定热容量时一致。

如水量用量筒量则需对温度变化进行校正。

加水时还应适当调节水温,使实验终点内筒水温较外筒水温高1K左右,以使终点内筒温度有明显下降。外筒温度尽量接近室温,相差不超过1.5K。

5)把氧弹放入装好水的内筒中,如氧弹中无气泡漏出,则表明气密性良好,即可把内筒放在外筒的绝热架上;如有气泡出现,则表明漏气,应找出原因,予以更正,重新充氧。盖上外筒的盖子。

2、测定发热量

1) 把装好分析煤样的氧弹小心放在内筒固定支架上，盖好；

2) 按“发热量”键，显示器显示样重，输入称得的试样质量，然后按除了

“数字”键和“复位”键以外的其他任意功能键，新的试样质量被存入机器，同时开始运行测定发热量的程序。

3) 约3分钟后开始显示内筒温度，即点火初期的内筒水温度t0；稍后观察

内筒温度，如在半分钟内温度上升，说明点火成功。否则，点火失败，需仔细检查点火电路，重做。

4) 点火成功后，按1分钟的时间间隔显示内筒温度ti。临近实验终点时，

（一般由点火到终点的时间为7~10分钟），以第一个下降温度作为终点温度tn，实验至此结束。打印机自动打印结果。

5) 按“复位”键，打开外盖，取出氧弹。打开氧弹的放气阀，让其缓慢泄

气放完为止拧开氧弹盖，仔细观察氧弹和燃烧皿内部，找出未燃烧完的点火丝，并量取长度，以计算出实际耗量或称其质量。如有试样燃烧不完全的迹象或碳黑存在，此次实验应该作废。清洗氧弹内部，擦干净。 五、测定结果的记录

按式(1-1)计算高位发热Qgr,v,ad。

Qgr,v,ad?Qb,ad?(94.1Sb,ad??Qb,ad) (1-1)

式中: Qgr,v,ad一一空气干燥试样的高位发热量,J/g; Qb,ad——空气干燥试样的弹筒发热量, J/g ;

Sb,ad——由弹筒洗液测得的含硫量,当全硫含量低于4%时,或发热量大于

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14. 60MJ/kg时,可用全硫或可燃硫代替Sb,ad,%。 94.1——煤中每1%硫的校正值,J;

a——硝酸校正系数,当Qb,ad≤16.7MJ/Kg时,α=0.001;当

16.7MJ/Kg＜

Qb,ad＜25.10MJ/Kg时, α=0.0012;当Qb,ad ＞25.10MJ/Kg时, α=0.0016。 特别注意当加助燃剂后,应按总释热量考虑。

在需要用氧弹洗液测定Sb,ad的情况下,把洗液煮沸1～2min,取下稍冷后,以甲基红(或相应的混合指示剂)为指示剂,用氢氧化钠标准溶液滴定,以求出洗液中的总酸量。然后按式(1-2)算出Sb,ad(%)

?CV?Qb,adSb,ad???m?60?????1.6 (1-2) ?式中: C——氢氧化钠溶液的物质的量浓度,约为0.lmol/L;

V——滴定用去的氢氧化钠溶液体积,mL; 60——相当于lmmol硝酸的生成热,J。

应予以注意的是,这里规定对硫的校正方法中,略去了对煤样中硫酸盐的考虑。这对绝大多数煤来说影响不大,因煤的硫酸盐硫含量一般很低。但有些特殊煤样硫含量可达0.5%以上。据实际经验,煤祥燃烧后,由于灰的飞溅,一部分硫酸盐硫也随之落入弹筒,因此无法利用弹筒洗液来分别测定硫酸盐硫和其他硫。遇此情况,为求高位发热量的准确,只有另行测定煤中的硫酸盐硫或可燃硫,然后做相应的校正。关于发热量大于14.6MJ/Kg的规定,在用包纸或掺苯甲酸的情况下,应按包纸或添加物放出的总热量来掌握。 六、问题讨论

1)什么是燃料的发热量,高位发热量与低位发热量有什么区别?

2)弹筒发热量、高位发热量、低位发热量有何区别?有关锅炉的热工计算中用哪种发热量?

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