燃烧热测量不确定度的评定

　　燃烧热是指单位质量或物质的量的物质完全氧化时的反应热,是化学热力学中的一个重要概念。通过测量燃烧热可以计算化合物的生成热、键能等,在工业中最重要的应用是测定火力发电厂燃料用煤炭的发热量。煤炭发热量不仅是火力发电厂进煤的计价依据,也是计算标准煤耗的主要参数。煤炭发热量结果的准确与否,直接影响到煤炭与电力部门之间的贸易结算以及电力部门的生产效率。在国家日益重视环保和节能的今天,准确掌握煤炭的发热量具有了更重要的意义。目前国内外普遍使用氧弹热量计进行燃烧热的测定,该仪器沿用至今已有一个多世纪的历史,测热原理虽未改变,但随着科学技术的发展,热量计的结构与性能已有很大改进,操作自动化程度日趋提高。正确的使用氧弹热量计,并且进行相应的日常维护,对电厂的运行效率、废气排放的控制有着重要的意义。

　　氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后温度的变化值,就可求算该样品的恒容燃烧热。其关系式如下:

式中:m样为样品的质量;QV为样品的恒容燃烧热;m引和Q引是引燃用镍铬丝的质量和燃烧热;q硝酸是燃烧反应中硝酸的生成热;m水和C水是以水作为测量介质时水的质量和比热容;C计称为热量计的水当量,即除水之外,热量计升高1℃所需要的热量;ΔT为样品燃烧前后水温的变化值。当水的质量一定时,一般也把(m水C水+C计)称为仪器的热容,用E表示。

　　由于热量计在测定过程中不可避免地要与外界发生热交换,因此要求在测定过程中要尽可能的保证外界环境温度的稳定性以减少热交换量的不同所带来的测定误差。例如实验室内应当有温度调节装置,但其出风口不能直接对着热量计以减少空气对流的影响;在测定过程中应避免人员出入实验室以减少室温的变化。在测定样品的燃烧热之前,需要用已知燃烧热的标准物质标定仪器的热容量,才能准确测出样品的燃烧热。实验室内温度不同,仪器与周围环境的热交换量不同,热容量也不同,一般每个季度需要标定一次热容。标定热容的公式如下:

式中:m标为标准物质的质量;QV为标准物质的恒容燃烧热。根据热容和燃烧热的计算公式,参照JJF1059—1999《测量不确定度评定与表示》[1]计量技术规范的要求,对氧弹热量计测量燃烧热的测量不确定度进行了初步分析。

　　1　测量方法

　　用一台经标定热容的氧弹热量计对国家标准物质研究中心生产的苯甲酸发热量标准物质,参照GB213—1996《煤的发热量测定方法》[2]国家标准,连续进行5次测定,计算其平均值作为该苯甲酸的测量值。