全自动量热仪 热力公司煤炭化验设备

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一、概述

　　主要由恒温式量热系统及单片微机控制系统等部分组成，是一种由单片微机系统自动控制,并能进行数据处理的高度自动化的热量测量仪器；该仪器主要用于煤炭、石油、化工、食品、木材等可燃物质发热量的测定，在测出弹筒发热量的同时换算出相应的高位发热量和低位发热量。

　　其主要特点和*性表现在

　　1. 采用单片微机系统，采用进口高精度元器件，实现高精度温度测量。配合仪器完整*的注排水和量热系统可自动标定系统热容量，测定试样发热量。输入硫、水分、氢等数据，即可换算并同时打印出弹筒发热量、高位发热量，低位发热量等结果，并且同时打印卡和焦耳二种单位，方便用户。

　　2. 内筒采用片状桨叶的电动搅拌；采用熔断式棉线点火方式，可靠性高、操作方便。

　　3．仪器水箱、水箱上盖接水面全不锈钢制造，不锈蚀。

　　4．点火采用自恢复式熔断保险，熔断后可自行恢复，免维护。

　　5．操作全自动化，人工所需做的只是称量、装弹和充氧，仪器自动完成定量注水、自动搅拌、点火、输出打印结果、排水等工作。

　　6．采用设计完善的充氧仪，使用可靠方便。

　　7. 人机交互界面友好,大屏幕汉字屏幕显示时间和试验进程，即学即用。

　　二、主要技术指标

　　1.热容量约10000 J/K

　　2．氧弹工作压力（充氧）：2.8～3.0Mpa，大3.2Mpa 耐压实验（水压）：20.0Mpa 容积：300mL 重量：2.5Kg 外形尺寸：φ86mm×181mm

　　3.外水筒容量约45L

　　4.内水筒容量约2100mL

　　5.点火电压 AC24V~

　　6.点火方式熔断式棉线点火

　　7.温度分辨率0.0001℃

　　8.测量精度符合国标GB/T 213-2008

　　9.电源 AC220V~±10%，50Hz

　　10．整机功率点火状态下＜300W

　　11．使用环境5-40℃

　　12. 注水时间20-45秒可调

　　三、使用条件

　　1、试验室应设在一单独房间，不宜在同一房间内同时进行其它试验项目。试验室朝北，以避免阳光照射，否则仪器应放在不受阳光直射的地方。

　　2、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。

　　3、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。若实验室已安装空调，则需避免空调风直接吹向仪器。

　　四、原理说明

　　标定仪器热容量的原理：

　　在充满高压氧气的氧弹中燃烧一定量的已知热值的苯甲酸，由点火后产生的总热量和内筒水升高的度数，求出量热系统每升高1K（1℃）所需的热量，即热容量，单位J/K。 测定发热量的原理：一定量的分析试样在充满高压氧气的氧弹内*燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，根据标定得出的量热系统每升高1K（1℃）所需的热量（即热容量），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形成热之差）后即得高位发热量。 对煤中的水分（煤中原有的水和氢燃烧生成的水）的气化热进行校正后求得煤的低位发热量。 发热量的测定由两个独立的试验组成，即在规定的条件下基准量热物质的燃烧试验（热容量标定）和试样的燃烧试验。为了消除未受控制的热交换引起的系统误差，要求两种试验的条件尽量相近。

　　五、材料及试剂

　　1．氧气：至少99.5%纯度，不含可燃成份，不允许使用电解氧；压力足以使氧弹充至3.0Mpa

　　2．苯甲酸：基准量热物质，二等或二等以上，其标准热值经计量机构确定或可以溯源到计量机构。

　　3．点火丝：直径0.1mm的镍铬丝（6000J/g），长约120mm的粗细均匀，不涂蜡的棉线（17500J/g）。 如果要测定低发热量难燃物质，还需准备

　　4．酸洗石棉绒：使用前在800℃下灼烧30min。

　　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（一般纸张发热量在16200J／g左右，产地不同，略有差别）。

　　六、附属设备

　　1.燃烧皿： 镍铬钢制品，规格为高17～18mm，底部直径19～20mm，上部直径25～26mm，厚0.5mm.其它也可用合金钢或石英制的，铂制品较理想，以能保证试样燃烧*而本身不受腐蚀和产生热效应为原则。

　　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，表头上应有减压阀和保险阀，每二年应经计量部门检定一次。 压力表通过内径1～2mm的无缝铜管或高强度尼龙管与充氧装置连接。 压力表和各连接部分禁止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。

　　3.分析天平：感量0.1mg。

全自动量热仪 热力公司煤炭化验设备

热力公司煤炭化验室仪器设备配置方案（适用于热力公司、供热供暖公司等企业用户）
煤化验实验室综合配置方案（检测常规指标：发热量、含硫量、水分、灰分、挥发份、固定碳）

煤炭质量，是指煤炭产品在自身的形成和开采、加工过程中所具有的、能够满足不同用户需求的特征或特性的总和。根据煤炭产品质量特性和用途，可用一定的质量指标（或标准）来表示。如按煤的工业分析，可用煤的固定碳、挥发分、灰分和水分等指标来表示；按煤的元素分析，可用煤中碳（C）、氢（H）、氧(n)、氮(N)、硫(S)、磷(P)及微量元素含量的多少来表示；按煤的工艺性质，煤炭质量又可用煤的发热量(0)、煤的粘结性（R·I）和结焦性（y）、煤的热稳定性(TS)、煤灰的熔融性(DT、ST或FT)、煤的反应性、煤的燃点（T）以及煤的可选性等指标来表示。

　　一、水分

　　1、外在水分(Wwz)：外在水分是指在煤开采、运输和洗选过程中润湿在煤的外表以及大毛细孔（直径＞10-5厘米）中的水。它以机械方式与煤相连结着，较易蒸发，其蒸汽压与纯水的蒸汽相等。在空气中放置时，外在不分不断蒸发，直至煤中水分的蒸汽压与空气的相对湿度达到平衡时为止，此时失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤称为应用煤，失去外在水分的煤称为风干煤。外在水分的多少与煤粒度等有关，而与煤质无直接关系。

　　2、内在水分(Wnz)：吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔（直径<10-5厘米>中的水，称为内在水分。内在水分指将风干煤加热到105～110时所失去的水分，它主要以物理化学方式(吸附等)与煤相连结着，较难蒸发，故其蒸汽压小于纯水的蒸汽压。失去内在水分的煤称为干燥或干煤。

　　二、灰分

　　1、灰分的来源和种类：煤灰几呼全部来源于煤中的矿物质，但煤在燃烧时，矿物质大部分被氧化，分解，并失去结晶水，因此，煤灰的组成和含量与煤中矿物质的组成和含量差别很大。我们一般说的煤的灰分实际上就是煤灰产率，煤中矿物质和灰分的来源，一般可分三种。

　　(1)原生矿物质：它是原来存在于成煤植物中的矿物质，物质紧密地结合在一起，极难用机械的方法将其分开。它燃烧后形成母体灰分，这部分数量很小。

　　(2)次生矿物质：当死亡植质堆积和菌解时，由风和水带来的细粘土，砂粒或由水中钙、镁、铁等离子生成的腐植酸盐及FeS2等混入而成，在煤中成包裹体存在。用显微镜观察煤的光片或薄片时，如它们均匀分布在煤中，并且颗粒很细，则很难与煤分离；如它们颗粒较大，比重与差很大，并在煤中分布不均， 则把煤破啐后尚可能将它们洗选掉。

　　煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。来自于内在矿物质的灰分，称为内在灰分。一般次生矿物质在煤中的含量也不多，仅少数煤层中次生矿物质较多，如迁移堆积抽形成的煤层即如此。

　　(3)外来矿物质：这种矿物质原来不含于煤层中，它是由在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。

　　其数量多少，根据开采条件不同而有很大波动。它的主要成分为SiO2和A12O3，也有一些CaSO3、CaSO4、FeS2等。这类矿物质应通过加强质量管理，巩固坑道，合理采煤并通过转筒筛选机筛选和手选的方法予以减少。外来矿物质的块度，比重越大时，越易分离，可用一般选煤方式将它除掉。外来矿物质在煤燃烧时形成的灰分称为外在灰分。

　　2、煤灰熔融性

　　煤灰熔融性和煤灰粘度是动力用煤的重要指标。煤灰熔融性习惯上称作煤灰熔点，但严格来讲这是不确切的。因为煤灰是多种矿物质组成的混合物，这种混合物并没有一个固定的熔点，而仅一个熔化温度的范围。开始熔化的温度远比其中任一组分纯净矿物质熔点为低。这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体，这种共熔体在熔化状态时，有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能，从而改变了熔体的成分及其熔化温度。

　　煤灰成分及其含量与层聚积环境有关。我国很多煤层的矿物质以粘土为主，煤灰成分则以SiO2、A12O3为主，两者总和一般可达50~80%。在滨海沼泽中形成的煤层，如华北晚石炭纪煤层黄铁矿含量高，煤灰中Fe2O3及SO3含量亦较高；在内陆湖盆地中形成的某些第三纪褐煤的煤灰中CaO含量较高。

　　大量试验资料表明，SiO2含量在45~60%时，灰熔点随SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量<45%或>60%时，与灰熔点的关系不够明显。A12O3在煤灰中始终起增高灰熔点的作用。煤灰中A12O3的含量超过30%时，灰熔点在1500。灰成分中Fe2O3、CaO、MgO均为较易熔组分，这些组分含量越高，灰熔点就越低。灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计算。

　　三、挥发分和固定碳

　　挥发分主要是煤中有机质热分解的产物，评价煤质时为了排除水分、灰分变化的影响，须将分析煤样挥发分换算为以可燃物为基准的挥发分，以符号VR表示。换算公式为：

　　Vr=Vf 100 100-WF-AF

　　式中：Vr——可燃基（无水无灰基）挥发分，%；

　　Vf——分析基挥发分，%；

　　Wf——分析煤样水分，%；

　　Af——分析煤样灰分，%。

　　挥发分随煤化程度升高而降低的规律性十分明显，可以初步估计煤的种类和化学工艺性质，而且挥发分的测定简单、快速，几乎世界各国都采用可燃基挥发分（Vr）作为煤炭工业分类的一分等指标。

　　挥发分的分析结果常受煤中矿物质的影响。所以当煤中碳酸盐含量较高时，矿物质在高温下分解出来的CO2等也包括在挥发分内。所以当煤中碳酸盐含量较高，分解出来的CO2产率大于2%时，需要对煤的挥发进行校正。也可在测定挥发分之前，用盐酸处理分析煤样，使煤中碳中碳酸盐事先分解。在我国大多数煤中，粘土矿物，高岭土在560析出的结果水也算入挥发分，因此粘土矿物含量高的煤所测出的挥发分通常偏高。

　　固定碳就是测定挥发分后残留下来的有机物质的产率，可按下式算出：

　　Cgd=1000-（Wf+Af+Vf）

　　焦渣按其形状，特征的不同可分为八种类型，用来初步表示不同煤种的粘性、熔融性及膨胀性。根据挥发分测定后的焦渣可知，泥炭、褐煤、烟煤中长焰煤、贫煤及无烟煤没有粘结性；烟煤中气、肥、焦、瘦煤都有粘结性，可作为炼焦煤，而其中肥煤和焦煤没有粘结性较好，其坩埚焦熔融，粘结良好且具有膨胀性。

　　四、煤的发热量(卡/克或千卡/千克)

　　把一克煤样放在高压充氧的弹筒中燃烧，由量热计测得的发热量称为弹筒发热量(QDT)。当煤在弹筒中燃烧时，在高温高压下，氮生成硝酸，硫生成硫酸都释放出热量，这部分热量也包括在弹筒发热量内。另外，水分在弹筒的高压下保持液态，也放出冷凝热。而煤在空气中燃烧时，硫成为二氧化硫放出，而水分仍保持水蒸汽状态，故弹筒发热量减去硫和氧的校正值后的发热量称为高位发热量(QGW)

　　工业上多采用应用煤的低位发热量(QDW)作为计算和设计的依据。低位发热量可按下式计算：

　　QDW=QGW-6(W+9H)

　　式中：QGW，QDW----应用煤的高，低位热量，卡/克；

　　WY----应用煤的全水分，%；

　　HY----应用煤的氢含量，%

　　煤的发热量除直接设定外，还可以根据元素分析或工业分析的数据进行估算。煤科院煤化学研究所(北京煤化所)根据我国煤质资料推导出许多发热量计算式，例如：

　　利用元素分析数据，估算可燃基高位发热量的半经验公式

　　低煤化程度的煤：

　　QGW=80CR+305（310）HR+22SR-26OR-4（Ag-10）

　　式中，HR前面的系数对褐煤为305，对长焰煤、不粘煤和弱粘煤为310；对AG≤10%的煤，不计算后一项灰分的校正值。

　　由上式可知，OR、AG越高，QJW越低。

　　炼焦煤：QGW=80 CR +310HR+22SR-25OR-7（Ag-10）

　　无烟煤（低灰和高灰适用）：QGW=80（78.1）CR+320HR+22SR+(SR-OR)-8(AG-10)

　　式中，对FR﹥1.5%的一般无烟煤，CR前面的系数用80；对HR≤1.5%的年老无烟煤，CR前面的系数采用78.1；对AG≤10%的所有无烟煤，公式中后一项应予删去。

　　利用工业分析数据，估算低热值煤高位发热量的半经验公式

　　高灰(AF＞45~90%)烟煤：QGW=81CGD+55VF-3AF

　　高灰无烟煤：QGW=80CGD+50VF-3AF

　　石煤：QGW=80CGD+40VF-3AF