🔥 固体生物燃料的高位热值与低位热值——氧弹量热计
三句话速览
将称取的生物燃料在3 MPa氧压下于用苯甲酸校准的氧弹量热计中燃烧；得到25 °C下恒容高位热值，低位热值由计算求得（水分、氢）。该检测依据 PN-EN ISO 18125:2017-07；GIG范围：8055～37581 kJ/kg（量热法）。整个程序共 8 个步骤；主要用于：按能量结算能源生物质（颗粒燃料、木片、秸秆、木材废料）的供货、按生物燃料规范对颗粒燃料与压块分级（收到基低位热值）、生物质锅炉与装置的能量平衡。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 18125:2017-07
- 类别: 石油化工
- 操作步骤数: 8
- 参比温度: 25 °C（热化学的国际参比温度）
- 氧气: 弹内压力3 MPa，纯度 ≥ 99.5 %（体积分数），不含可燃物——因此不使用可能含多达4 % H2的电解氧
- 校准物质: 经定值的苯甲酸
概述
本标准规定了在用燃烧经定值的苯甲酸校准的氧弹量热计中，于恒容条件下、以25 °C为参比温度测定固体生物燃料高位热值的方法。结果是分析试样的恒容高位热值，其中燃烧产物的全部水均以液态计。实际上生物燃料是在恒定的大气压下燃烧的，水或不冷凝或冷凝——两种情形下可利用的热量都是恒压低位热值；本标准给出了恒容与恒压低位热值的计算式。校准与试验的一般原则见正文，各类量热计的具体程序见附录A（绝热式）、B（恒温式（isoperibol）与恒定外套式）与C（自动式）；附录D为检查表，E为计算示例，G为典型生物燃料的默认值。
高位热值与低位热值是评价燃料作为能源原料质量的基础；二者强烈取决于燃料种类与水分（按弗罗茨瓦夫工业大学，生物质8～17 MJ/kg，烟煤16.7～29.3 MJ/kg）。计算恒容低位热值需要分析试样中的水分与氢含量，计算恒压低位热值原则上还需要氧与氮含量。高位热值对温度的依赖很小（低于1 J/(g·K)）。
氧弹可同时用于消解试样以测定硫与氯（ISO 16994）。在GIG，生物燃料的高位热值按PN-EN ISO 18125:2017-07用量热法在8055～37581 kJ/kg范围内测定，低位热值由计算求得；恒温式量热计可在数分钟内完成测量。
方法原理
将称取的分析试样在规定条件下于氧弹量热计中、在高压氧气中燃烧。量热计的有效热容量通过在相似条件下燃烧经定值的苯甲酸的校准试验确定。校正后的温升由燃烧反应前、中、后的温度观测确定（观测的时间与频次取决于量热计的类型）。开始时向氧弹中加入水，以获得饱和的汽相，并将生成的全部水（来自试样的氢与水分）视为液态。高位热值由校正后的温升与有效热容量计算，同时计入点火能量、点火丝或棉线的燃烧以及副反应（生成硝酸）的热效应，并对硫酸水溶液与气态SO2之间的能量差加以修正；对生物燃料可忽略盐酸的影响。
应用领域
- 按能量结算能源生物质（颗粒燃料、木片、秸秆、木材废料）的供货
- 按生物燃料规范对颗粒燃料与压块分级（收到基低位热值）
- 生物质锅炉与装置的能量平衡
- 为测定硫与氯消解试样（ISO 16994，方法A）
- 固体燃料实验室的能力验证
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 参比温度 | 25 °C（热化学的国际参比温度） |
| 氧气 | 弹内压力3 MPa，纯度 ≥ 99.5 %（体积分数），不含可燃物——因此不使用可能含多达4 % H2的电解氧 |
| 校准物质 | 经定值的苯甲酸 |
| 点火丝 | Ni-Cr 0.16～0.20 mm或铂丝0.05～0.10 mm；可选用棉线 |
| 结果 | 恒容高位热值；恒容与恒压低位热值由计算求得 |
| GIG范围 | 8055～37581 kJ/kg（量热法） |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 18125:2017-07
- 标准名称（波兰语）
- Biopaliwa stałe — Oznaczanie wartości opałowej
- 标准名称（英语）
- Solid biofuels — Determination of calorific value
分步操作程序
-
校准
在与燃料试验相似的条件下燃烧经定值的苯甲酸，确定量热计的有效热容量ε，并计入证书的条件（第9章：校准物质、ε的工作范围、辅助项、ε的精密度、重新测定）。
-
试样制备
按ISO 14780（第7章）制备分析试样并同时按ISO 18134-3测定水分；必要时压片或使用助燃物（胶囊、袋、苯甲酸）。
-
氧弹的准备
将一份试样称入坩埚，装好点火丝（Ni-Cr 0.16～0.20 mm或Pt 0.05～0.10 mm），必要时加棉线，向弹中加水以使汽相饱和，封闭并充氧至3 MPa（8.2）。
-
量热计的组装
将氧弹置于盛有量取水量的量热容器中（基准：量热计水的恒定质量或恒定总质量），组装量热计（8.3）。
-
燃烧与温度测量
点燃试样，并按相应量热计类型的程序记录燃烧前、中、后的温度（8.4；附录A～C）。
-
校正后的温升
计算观测到的温升，并对热交换、搅拌功率等加以校正（8.6：恒温式与恒定外套式量热计、绝热式、温度计修正）；并折算至25 °C（8.7）。
-
燃烧产物的分析（需要时）
用标准溶液测定氧弹洗液中的硝酸与硫酸（8.5），或采用典型生物燃料的默认值（附录G）。
-
计算
由θ与ε并计入点火能量、点火丝/棉线、硝酸与硫的修正，得到恒容高位热值（第10章）；由水分与氢得到恒容低位热值，恒压时还需氧与氮（第12章）；换算为所需基准（10.5）。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 氧弹量热计 | 绝热式（附录A）、恒温式或恒定外套式（附录B）或自动式（附录C）；可承受3 MPa氧压的氧弹 | — |
| 量热温度计 | 按ISO 651 / ISO 652，或温度依赖关系已确定的铂电阻、热敏电阻、石英谐振器 | — |
| 分析天平 | 供称取试样、校准物质与助燃物之用 | — |
| 压片机（可选） | 用于将生物燃料或苯甲酸压片 | — |
| 氧弹洗液分析用装置（需要时） | 滴定管、标准溶液与指示剂，用于测定硝酸与硫酸 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 氧气 | — | 压力应足以将氧弹充至3 MPa，纯度 ≥ 99.5 %（体积分数），不含可燃物 |
| 经定值的苯甲酸 | 65-85-0 | 高位热值已定值的校准物质；也可用作助燃物 |
| 助燃物 | — | 高位热值、组成与纯度已知：苯甲酸、正十二烷、石蜡油、燃烧袋或燃烧胶囊 |
| 标准溶液与指示剂（仅用于氧弹洗液的分析） | — | Ba(OH)2 0.05 mol/l、Na2CO3 0.05 mol/l、NaOH 0.1 mol/l、HCl 0.1 mol/l；指示剂：甲基橙0.25 g + 二甲苯蓝FF 0.15 g溶于50 ml 95 %乙醇，用水稀释至250 ml |
职业健康与安全
- 3 MPa氧压下的氧弹——只使用经耐压检验的氧弹，不得超过允许的试样质量，氧气不得含可燃物，氧气管件上不得使用润滑脂
- 点燃反应性未知的试样——使用量热计的护罩，点火时不得俯身于氧弹之上
- 氧弹洗液含硝酸与硫酸——打开与冲洗氧弹时佩戴手套与护目镜
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 18125:2017-07 — 《Solid biofuels — Determination of calorific value》。
该方法的原理是什么？
将称取的分析试样在规定条件下于氧弹量热计中、在高压氧气中燃烧。量热计的有效热容量通过在相似条件下燃烧经定值的苯甲酸的校准试验确定。
测量范围和准确度是多少？
参比温度：25 °C（热化学的国际参比温度）；氧气：弹内压力3 MPa，纯度 ≥ 99.5 %（体积分数），不含可燃物——因此不使用可能含多达4 % H2的电解氧；校准物质：经定值的苯甲酸；点火丝：Ni-Cr 0.16～0.20 mm或铂丝0.05～0.10 mm；可选用棉线。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 8 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
氧弹量热计、量热温度计、分析天平、压片机（可选）、氧弹洗液分析用装置（需要时）。
该检测用于哪些场景？
按能量结算能源生物质（颗粒燃料、木片、秸秆、木材废料）的供货；按生物燃料规范对颗粒燃料与压块分级（收到基低位热值）；生物质锅炉与装置的能量平衡；为测定硫与氯消解试样（ISO 16994，方法A）；固体燃料实验室的能力验证。
需要采取哪些安全防护措施？
3 MPa氧压下的氧弹——只使用经耐压检验的氧弹，不得超过允许的试样质量，氧气不得含可燃物，氧气管件上不得使用润滑脂；点燃反应性未知的试样——使用量热计的护罩，点火时不得俯身于氧弹之上；氧弹洗液含硝酸与硫酸——打开与冲洗氧弹时佩戴手套与护目镜。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 18125。