生物質燃料的發(fā)熱量怎么檢測？生物質顆粒燃料熱值測試設備推薦
生物質燃料的發(fā)熱量怎么檢測？
生物質燃料發(fā)熱量的檢測方法：
1 范圍
本標準規(guī)定了生物質燃料的高位發(fā)熱量的測定方法和低位發(fā)熱量的計算方法
2 單位和定義
2.1 熱量單位
熱量的單位為焦耳（J）
1焦耳（J）=1牛頓（N）×1米（m）=1牛·米（N·m）
發(fā)熱量測定結果以兆焦每千克（MJ/kg）或焦耳每克（J/g）表示。
2.2 彈筒發(fā)熱量
單位質量的固體生物質燃料在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為彈筒發(fā)熱量。
2.3 恒容高位發(fā)熱量
單位質量的固體生物質燃料在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態(tài)水和固態(tài)灰，且所有產(chǎn)物都在標準溫度下所放出的熱量。
恒容高位發(fā)熱量即由彈筒發(fā)熱量減去硝酸生成熱和硫酸校正熱后得到的發(fā)熱量。
2.4 恒容低位發(fā)熱量
單位質量的固體生物質燃料在恒容條件下燃燒，在燃燒產(chǎn)物中所有的水都保持氣態(tài)水的形態(tài)（0.1MPa），其它產(chǎn)物與恒容高位發(fā)熱量相同，并都在標準溫度下的固體生物質燃料的發(fā)熱量。
2.5 恒壓低位發(fā)熱量
單位質量的固體生物質燃料在恒壓條件下燃燒，在燃燒產(chǎn)物中所有的水都保持氣態(tài)水的形態(tài)（0.1MPa），其它產(chǎn)物與恒壓高位發(fā)熱量相同，并都在標準溫度下的固體生物質燃料的發(fā)熱量。
2.6 熱量計的有效熱容量
量熱系統(tǒng)產(chǎn)生單位溫度變化所需的熱量（簡稱熱容量）。通常以焦耳每開爾文（J/K）表示。
3 原理
3.1 高位發(fā)熱量
生物質的發(fā)熱量在氧彈熱量計中進行測定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計中，進行過量氧氣燃燒，氧彈熱量計的熱容量通過在相近條件下燃燒一定量的基準量熱物苯甲酸來確定，根據(jù)試樣燃燒前后量熱系統(tǒng)產(chǎn)生的溫升，并對點火熱等附加熱進行校正后即可求得試樣的彈筒發(fā)熱量。
從彈筒發(fā)熱量中扣除硝酸生成熱和硫酸校正熱（硫酸與二氧化硫形成熱之差）即得高位發(fā)熱量。
3.2 低位發(fā)熱量
生物質的恒容低位發(fā)熱量和恒壓低位發(fā)熱量可以通過分析試樣的高位發(fā)熱量計算。計算恒容低位發(fā)熱量需要知道固體生物質樣中水分和氫的含量。原則上計算恒壓低位發(fā)熱量還需知道固體生物質燃料樣中氧和氮的含量。
4 實驗室條件
4.1 進行發(fā)熱量測定的實驗室，應為單獨房間，不得在同一房間內(nèi)同時進行其他試驗項目。
4.2 室溫應保持相對穩(wěn)定，每次測定室溫變化不超過1℃，室溫以不超過15℃～30℃范圍為宜。
4.3 室內(nèi)應無強烈的空氣對流，因此不應有強烈的熱源、冷源和風扇等，試驗過程中應避免開啟門窗。
4.4 實驗室朝北，以避免陽光照射，否則熱量計應放在不受陽光直射的地方。
5 試劑和材料
5.1 氧氣（GB 3863）： 99.5％純度，不含可燃成分，不允許使用電解氧。
5.2 苯甲酸： 基準量熱物質，二等或二等以上，經(jīng)計量機關檢定或授權檢定并標明標準熱值。
5.3 點火絲： 直徑0.1mm左右的鉑、銅、鎳絲或其他已知熱值的金屬絲或棉線，如使用棉線，則應選用粗細均勻，不涂臘的白棉線。各種點火絲點火時放出的熱量如下：
鐵絲：6700 J/g
鎳鉻絲：6000 J/g
銅絲：2500 J/g
棉線：17500 J/g
5.4 擦鏡紙 ：使用前先測出燃燒熱：抽取3張～4張紙，團緊，稱準質量，放入燃燒皿中，然后按常規(guī)方法測定發(fā)熱量。取3次結果的平均值作為擦鏡紙熱值。
6 儀器設備
6.1 熱量計
6.1.1 總則
熱量計是由燃燒氧彈、內(nèi)筒、外筒、攪拌器、溫度傳感器和試樣點火裝置、溫度測量和控制系統(tǒng)以及水構成
熱量計的精密度和準確度要求為，測試精密度：5次苯甲酸測試結果的相對標準差不大于0.20％；準確度：標準煤樣測試結果與標準值之差都在不確定度范圍內(nèi)，或者用苯甲酸作為樣品進行5次發(fā)熱量測定，其平均值與標準熱值之差不超過50J/g。
注：除燃燒不的結果外，所有的測試結果不能隨意舍棄。
6.1.2 氧彈
由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻合金鋼制成，需要具備3個主要性能：
a) 不受燃燒過程中出現(xiàn)的高溫和腐蝕性產(chǎn)物的影響而產(chǎn)生熱效應；
b) 能承受充氧壓力和燃燒過程中產(chǎn)生的瞬時高壓；
c) 試驗過程中能保持氣密。
彈筒容積為250mL～350 mL，彈頭上應裝有供充氧和排氣的閥門以及點火熱源的接線電極。
新氧彈和新?lián)Q部件（彈桶、彈頭、連接環(huán)）的氧彈應經(jīng)20.0MPa的水壓試驗，證明無問題后方能使用。此外，應經(jīng)常注意觀察與氧彈強度有關的結構，如彈筒和連接環(huán)的螺紋、進氣閥、出氣閥和電極與彈頭的連接處等，如發(fā)現(xiàn)顯著磨損或松動，應進行修理，并經(jīng)水壓試驗合格后再用。
氧彈還應定期進行水壓試驗，每次水壓試驗后，氧彈的使用時間一般不應超過2年。
當使用多個設計制作相同的氧彈時，每一個氧彈都必須作為一個完整的單元使用。氧彈部件的交換使用可能導致發(fā)生嚴重事故。
6.1.3 內(nèi)筒
用紫銅、黃銅或不銹鋼制成，斷面可為橢圓形、菱形或其他適當形狀。筒內(nèi)裝水2000 mL～3000 mL，以能浸沒氧彈（進、出氣閥和電極除外）為準。
內(nèi)筒外面應拋光，以減少與外筒間的輻射作用。
壓力表通過內(nèi)徑1mm～2mm的無縫銅管與氧彈連接，或通過高強度尼龍管與充氧裝置連接，以便導入氧氣。
壓力表和各連接部分禁止與油脂接觸或使用潤滑油。如不慎沾污，必須依次用苯和酒精清洗，待風干后再用。
6.2 分析天平：感量 0.1mg 。
6.3 工業(yè)天平：載量 4 kg～5 kg,感量1g。
7 測定步驟
7.1 概述
發(fā)熱量的測定由兩個獨立的實驗組成，即在規(guī)定的條件下基準量熱物質的燃燒實驗（熱容量標定）和試樣的燃燒試驗。為了消除未受控制的熱交換引起的系統(tǒng)誤差，要求兩種試驗的條件盡量相近。
試驗包括定量進行燃燒反應到定義的產(chǎn)物和測量整個燃燒過程引起的溫度變化。
試驗過程分為初期、主期（反應期）和末期。對于絕熱式熱量計，初期和末期是為了確定開始點火的溫度和終點溫度；對于恒溫式熱量計，初期和末期的作用是確定熱量計的熱交換性，以便在燃燒反應期間內(nèi)對熱量計內(nèi)筒和外筒間的熱交換進行校正。初期和末期的時間應足夠長。
7.2 恒溫式熱量計法
7.2.1按使用說明書安裝調(diào)試熱量計
7.2.2 在燃燒皿中稱取粒度小于0.2 mm的空氣干燥生物質燃料樣0.9～1.1 g（稱準到0.0002 g）。
燃燒時易于飛濺的試樣，可用已知質量的擦鏡紙包緊再進行測試，或先在壓餅機中壓餅并切成2 mm～4 mm的小塊使用。不易燃燒的試樣，可先在燃燒皿底部鋪上一個石棉網(wǎng)，或用石棉絨做襯墊（先在皿底鋪上一層石棉絨，然后以手壓實）。石英燃燒皿不需任何襯墊。如加襯墊仍燃燒不，可提高充氧壓力至3.2MPa，或用已知質量和熱值的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊，然后放入燃燒皿中。
7.2.3 取一段已知質量的點火絲，把兩端分別接在兩個電極柱上，彎曲點火絲接近試樣，注意與試樣保持良好接觸或保持微小的距離（對易飛濺和易燃的樣品）；并注意勿使點火絲接觸燃燒皿，以免形成短路而導致點火失敗，甚至燒毀燃燒皿。同時還應注意防止兩電極間以及燃燒皿與另一電極之間的短路。
往氧彈中加入10 ml蒸餾水。小心擰緊氧彈蓋，注意避免燃燒皿和點火絲的位置因受震動而改變，往氧彈中緩緩充入氧氣，直至壓力到2.8MPa～3.0 MPa，充氧時間不得少于15s；如果不小心充氧壓力超過3.3 MPa，停止實驗，放掉氧氣后，重新充氧至3.2 MPa以下。當鋼瓶中氧氣壓力降到5.0 MPa以下時，充氧時間應酌量延長，壓力降至4.0 MPa以下時，應更換新的氧氣瓶。
7.2.4 往內(nèi)筒中加入足夠的蒸餾水，使氧彈蓋的頂面（不包括突出的進、出氣壓力閥和電極）淹沒在水面下10mm～20mm。每次實驗時用水量應與標定熱容量時一致（相差1g以內(nèi)）。
水量用稱量法測定。如用容量法，則需對溫度變化進行修正。注意恰當調(diào)節(jié)內(nèi)筒水溫，使終點時內(nèi)筒比外筒溫度高1K左右，以使終點時內(nèi)筒溫度出現(xiàn)明顯下降。外筒溫度應盡量靠近室溫，相差不得超過1.5K。
7.2.5把氧彈放入裝好水的內(nèi)筒中，如氧彈中無氣泡漏出，則表明氣密性良好，即可把內(nèi)筒放在外筒的絕緣架上；如有氣泡出現(xiàn)，則表明漏氣，應找出原因，加以糾正，重新充氧。然后接上點火電極插頭，裝上攪拌器和量熱溫度計，并蓋上外筒的蓋子。
注 ：一 般 熱量計由點火到終點的時間為8min-10min。對一臺具體熱量計，可根據(jù)經(jīng)驗恰當掌握。
7.2.6 實驗結束，取出內(nèi)筒和氧彈，開啟放氣閥，放出燃燒廢氣，打開氧彈，仔細觀察彈筒和燃燒皿內(nèi)部，如果有試樣燃燒不的跡象或有炭黑存在，試驗應作廢。
量出未燒完的點火絲長度，以便計算實際消耗量。
用蒸餾水充分沖洗氧彈內(nèi)各部分、放氣閥，燃燒皿內(nèi)外和燃燒殘渣。把全部洗液（共約100m L)收集在一個燒杯中供測硫使用。
8 測定結果的計算
8.1點火熱校正
在熔斷式點火法中，應由點火絲的實際消耗量（原用量減掉殘余量）和點火絲的燃燒熱計算試驗中點火絲放出的熱量。
在棉線點火法中，首先算出所用一根棉線的燃燒熱（剪下一定數(shù)量適當長度的棉線，稱出它們的質量，然后算出一根棉線的質量，再乘以棉線的單位熱值），然后確定每次消耗的電能熱。
注：電能產(chǎn)生的熱量（J）＝電壓（V）× 電流（A）× 時間（S）.
二者放出的總熱量即為點火熱。
8.2 高位發(fā)熱量的計算
8.2.1 試驗結束后，空氣干燥生物質燃料樣的彈筒發(fā)熱量Qb,ad儀器會自動顯示在相應表格內(nèi)。
8.2.2 按式（2）計算空氣干燥生物質燃料樣的恒容高位發(fā)熱量Qgr,ad
Qgr。ad ＝Qb，ad －（94.1Sb,ad＋aQb，ad） ---------（2）
式中 ：
Qgr，ad—空氣干燥生物質燃料樣的恒容高位發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
Qb,ad— 空氣干燥生物質燃料樣的彈筒發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
Sb,ad— 由彈筒洗液測得的生物質燃料的含硫量，單位為百分數(shù)（％）；當全硫含量低于4.00％時，或發(fā)熱量大于 14 .60 M J/ kg 時 ， 用 全硫代替Sb,ad ；
94. 1— 空氣干燥生物質燃料樣中每1.00％硫的校正值，單位為焦耳（J)；
a— 硝酸生成熱校正系數(shù)：
當 Qb ≤16 .7 0M J /kg a= 0. 0010 ；
當 16 .7 0M J /kg < Q b< 25 .1 0 M J/kg,a=0.00 12 ；
當Q b > 25 .10 M J/ kg ,a= 0. 0016 。
加助燃劑后，應按總釋熱量考慮。
在需要測定彈筒洗液中硫Sb,ad的情況下，把洗液煮沸2 -3m in，取下稍冷后，以甲基紅 (或相應的混合指示劑）為指示劑，用氫氧化鈉標準溶液滴定，以求出洗液中的總酸量，然后按式（3)計算出彈筒洗液硫Sb,ad (％) ：
Sb,ad=（c×V/ m-aQb,ad/60）×1.6 ---------（3）
式中 ：
c— 氫氧化鈉標準溶液的物質的量濃度,單位mol/L;
V— 滴定用去的氫氧化鈉溶液體積，單位為毫升（mL）;
60— 相當1m mol硝酸的生成熱，單位為焦耳（J）;
m— 稱取的試樣質量，單位為克（g）;
1.6 —將每摩爾硫酸1/2(H2SO4）轉換為硫的質量分數(shù)的轉換因子；
注：這里規(guī)定的對硫的校正方法中，略去了對生物質燃料樣中硫酸鹽的考慮。這對絕大多數(shù)生物質燃料來說影響不大，因生物質燃料的硫酸鹽硫含量一般很低。但有些特殊生物質燃料樣，硫酸鹽硫的質量分數(shù)可達0.5％以上。根據(jù)實際經(jīng)驗，生物質燃料樣燃燒后，由于灰的飛濺，一部分硫酸鹽硫也隨之落入彈筒，因此無法利用彈筒洗液來分別測定硫酸鹽硫和其他硫。遇此情況，為求高位發(fā)熱量的準確，只有另行測定生物質燃料中的硫酸鹽硫或可燃硫，然后做相應的校正。關于發(fā)熱量大于14. 60 M J /k g的規(guī)定，在用擦鏡紙或摻苯甲酸的情況下，應按擦鏡紙或摻添加物后放出的總熱量來掌握。
9 熱容量和儀器常數(shù)標定
9.1 在不加襯墊的燃燒皿中稱取經(jīng)過干燥和壓片的苯甲酸，苯甲酸片的質量以0.9～1.1 g左右為宜。
苯甲酸應預先研細并在盛有濃硫酸的干燥器中干燥3天或在60℃～ 70℃烘箱中干燥3h～4h 。
9.2 苯甲酸也可以在燃燒皿中熔融后使用。熔融可在121℃～126℃的烘箱中放置1h，或在酒精燈的小火焰上進行，放入干燥器中冷卻后使用。熔體表面出現(xiàn)的針狀結晶，應用小刷刷掉，以防燃燒不。
9.3 試驗結束后，打開氧彈，注意檢查內(nèi)部，如發(fā)現(xiàn)有炭黑存在，試驗應作廢。
9.4 熱容量標定中硝酸生成可按式（4）求得：
qn＝Q×m×0.001 5 ··················（4）
式中：
qn——硝酸的生成熱，單位為焦耳（J）；
Q——苯甲酸的標準熱值，單位焦耳每克（J/g）；
m——苯甲酸的用量，單位為克（g）；
0.0015——苯甲酸燃燒時的硝酸生成熱校系數(shù)。
9.5按照本標準第8.1條的方法進行必要的校正。
9.6 熱容量標定一般應進行5次重復試驗，計算5次重復試驗結果的平均值和標準差S，其相對標準差不應超過0.20％，再補做一次試驗，取符合要求的5次結果的平均值（修約至1J/K）作為該儀器的熱容量，若任何5次結果的相對標準差都超過0.20%，則應對試驗條件和操作技術仔細檢查并糾正存在問題后，重新進行標定，舍棄已有的全部結果。
9.7 在使用新型熱量計前，需確定其熱容量的有效工作范圍。方法是：用苯甲酸至少進行8次熱容量標定試驗，苯甲酸片的質量一般從0.7g至1.3g，或根據(jù)被測樣品可能涉及的熱值范圍（溫升）確定苯甲酸片的質量。
9.8 熱容量標定值的有效期為3個月，超過此期*應重新標定。但有下列情況時，應立即重測：
9.8.1更換量熱溫度計；
9.8.2更換熱量計大部件如氧彈頭、連接環(huán)（由廠家供給的或自制
的相同規(guī)格的小部件如氧彈的密封圈、電極柱、螺母等不在此列）；
9.8.3標定熱容量和測定發(fā)熱量時的內(nèi)筒溫度相差超過5K；
9.8.4熱量計經(jīng)過較大的搬動之后。
如果熱量計量熱系統(tǒng)沒有顯著改變，重新標定的熱容量值與前一次的熱容量值相差不應大于0.25％，否則，應檢查試驗程序，解決問題后再重新進行標定。
10 結果的表述
彈筒發(fā)熱量和高位發(fā)熱量的結果計算到1J/g，取高位發(fā)熱量的兩次重復測定的平均值，按GB/T 483數(shù)字修約到接近的10J/g的倍數(shù)，按J/g或MJ/kg的形式報出。
11方法的精密度
發(fā)熱量測定的重復性和再現(xiàn)性如表2規(guī)定：
12 低位發(fā)熱量的計算
12.1 恒容低位發(fā)熱量
工業(yè)上是根據(jù)生物質燃料的收到基低位發(fā)熱量進行計算和設計，生物質燃料的收到基恒容低位發(fā)熱量的計算方法如式（13）：
式中：
Qnet,v,ar——生物質燃料的收到基恒容低位發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
Qgr,v,ad——生物質燃料的空氣干燥基恒容高位發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
Mt——生物質燃料的收到基全水分，單位為百分數(shù)（％）；
Mad——生物質燃料的空氣干燥基水分，單位為百分數(shù)（％）；
Had——生物質燃料的空氣干燥基氫含量，單位為百分數(shù)（％）。
12.2 恒壓低位發(fā)熱量
由彈筒發(fā)熱量算出的高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量都屬恒容狀態(tài)，在實際工業(yè)燃燒中則是恒壓狀態(tài)，嚴格地講，工業(yè)計算中應使用恒壓低位發(fā)熱量。如有必要，恒壓低位發(fā)熱量可按式（14）計算：
式中：
Qnet,p,ar——生物質燃料的收到基恒壓低位發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
Oad——生物質燃料的空氣干燥基氧含量，單位為百分數(shù)（％）；
Nad——生物質燃料的空氣干燥基氮含量，單位為百分數(shù)（％）。
其余符號意義同前
13 各種不同基的生物質燃料的發(fā)熱量換算
13.1 高位發(fā)熱量基的換算
生物質燃料的各種不同基的高位發(fā)熱量按式（16）、式（17）、式（18）換算：
式中：
Qgr——高位發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
Aad——空氣干燥基生物質燃料樣的灰分，單位為百分數(shù)（％）；ar,ad,d,daf——分別代表收到基、空氣干燥基、干燥基和干燥無灰基。
其余符號意義同前。
13.2 低位發(fā)熱量基的換算
生物質燃料的各種不同水分基的恒容低位發(fā)熱量按式（19）換算：
式中：
Qnet,v,m——水分為M的生物質燃料的恒容低位發(fā)熱量，單位為焦耳每克（J/g）；
M——生物質燃料樣的水分，單位為百分數(shù)（％）；
干燥基時M＝0，空氣干燥基時M=Mad，收到基時，M=Mt。
其余符號意義同前。
14 試驗報告
試驗結果報告應包括以下信息：
a）試樣編號；
b）依據(jù)標準；
c）試驗結果；
d）與標準的任何偏離；
e）試驗中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象；
f）試驗日期；
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8.研發(fā)技術功能，有效避免了生物質特性樣品輕易噴濺的弊端。
9.外筒內(nèi)水采用循環(huán)水自過濾功能，避免了定期換水的步驟，更簡單！
生物質燃料燃燒熱值測試裝置的技術指標及參數(shù)
測溫范圍：5-40℃
溫度分辨率：0.0001k
精密度：≤0.1%
熱容量：約10450J/K
外水桶容量：約40L
內(nèi)水桶容量：約2.1L
工作電源：AC220V±20V，50Hz±1Hz
主機功率：≤80W
外形尺寸（mm)：385x365x385
主機重量：約40kg
單樣測試時間約15分
設計標準：
GB/T 30727-2014《 固體生物質燃料發(fā)熱量測定方法》
NY/T12-1985《生物質燃料發(fā)熱量測試方法》
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