生物質(zhì)成型燃料熱值的不確定度評估

賀 莉， 冉 毅， 席 江， 張冀川， 陳子愛， 丁自立， 魏 紅

(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心， 成都 610041)

生物質(zhì)成型燃料熱值的不確定度評估

賀 莉1,2， 冉 毅1,2， 席 江1,2， 張冀川1,2， 陳子愛1,2， 丁自立1,2， 魏 紅1,2

(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心， 成都 610041)

生物質(zhì)成型燃料是一種環(huán)保燃料，具有熱值高、燃燒充分的特點。實驗根據(jù)JJG672-2001《氫彈熱量計檢定規(guī)程》對生物質(zhì)成型燃料進行測定，通過對不確定度的分析和評定，找出實驗的主要影響因素，為進一步提高實驗精確度和精密度提供了依據(jù)。

生物質(zhì)成型燃料； 熱值； 不確定度

我國農(nóng)作物秸稈資源豐富，可手機秸稈總量達每年6.87億噸，約2.15噸秸稈被直接焚燒，產(chǎn)生的廢氣和細(xì)小顆粒物對環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，由煤炭和農(nóng)作物燃燒的顆粒物占中國大氣顆粒物污染的30%

生物質(zhì)成型燃料使用專門設(shè)備將秸稈、稻殼等農(nóng)林業(yè)廢棄物加壓制成的高密度固體燃料，具有成本低廉、熱值高、燃燒充分等特點。衡量生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量優(yōu)劣的重要參數(shù)是其熱值。熱值高，代表單位(如：1kg)的物質(zhì)釋放出的能量高。筆者實驗嚴(yán)格按照儀器的檢定規(guī)程操作，介紹1種評定生物質(zhì)成型燃料熱值不確定度的定的方法。

1 不確定度分析實驗方法

1.1 儀器設(shè)備及方法

1)方法：參照J(rèn)JG672-2001《氫彈熱量計檢定規(guī)程》進行測量； 2)儀器設(shè)備：IKA量熱儀，型號：C5000； 3)環(huán)境條件：溫度為20℃±3℃，溫度波動不大于±0.5℃，濕度≤60%； 4)測試樣品：片狀苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，熱值為26420，購買于中國測試技術(shù)研究院；生物質(zhì)成型燃料，購于某公司； 5)測量過程：取1片苯甲酸片劑，準(zhǔn)確稱量后放置在坩堝內(nèi)，將引燃用的棉線系在電機柱上，并用苯甲酸片將其壓住以保證充分燃燒。在氫彈內(nèi)加入10 mL蒸餾水，用于計算燃料的低位熱值。按照熱量計操作程序進行熱值熱量，從儀器顯示屏上讀取熱值，并用苯甲酸值對儀器進行校準(zhǔn)。用同樣的方法對生物質(zhì)成型燃料進行測量，測量結(jié)束后檢查坩堝內(nèi)是否燃燒完全，若坩堝內(nèi)燃燒余熾呈顆粒狀，則本次實驗失敗，其測量值不計入實驗結(jié)果。將氫彈內(nèi)的液體用標(biāo)準(zhǔn)堿進行滴定。

1.2 數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型見公式(1)：

(1)

式中：E為熱量計熱容量，J·K-1；m為苯甲酸質(zhì)量，g； Q為苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)熱值，J·g-1； m1為引燃絲質(zhì)量，g； Q1為引燃絲熱量，J·g-1； V為標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL； Q2為硝酸生成熱滴定矯正J·Ml-1;Δt為修正后的量熱體系溫度；C為冷卻校正值，K。

2 不確定度分量的識別和判定

2.1 不確定度分量的識別

按照沼液測定的過程，分析得知不確定度來源于以下4方面： 1)熱容量校準(zhǔn)引入的不確定度； 2)苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度； 3)電子天平引入的不確定度； 4)人員誤差。

2.1.1 熱容量校準(zhǔn)引入的不確定度

為保證實驗的準(zhǔn)確性，重復(fù)測量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)5次，實驗結(jié)果見表1。

表1 苯甲酸片5次測量結(jié)果 (J·K-1)

從表1得知，當(dāng)測量次數(shù)為6次時，熱值的平均值為26421.5 J·K-1。見公式(2)：

(2)

重復(fù)性相對不確定度見公式(3)：

(3)

2.1.2 苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

實驗中使用苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對熱量計進行校準(zhǔn)，由其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可知：擴展不確定度為U=0.1%，k=2，按照均勻分布的原理，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(4)

2.1.3 電子天平引入的不確定度

(5)

2.1.4 人員操作引入的不確定度

不同人員使用同一臺電子天平對片狀苯甲酸進行稱量，以確定其稱量誤差，實驗結(jié)果如表2

表2 苯甲酸稱量誤差

人員引入的稱量誤差為：Urel4=8.34×10-5。

2.2 測量總不確定度和擴展不確定度

2.2.1 總不確定度

如文中分析，測量過程中不確定度來源包括以下部分: 1)水樣重復(fù)測定的不確定度；2)分度吸管帶入的不確定度；3)培養(yǎng)液體積測量的不確定度。因此，合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為公式(6):

(6)

2.2.2 擴展不確定度

取置信概率為95%包含因子k= 2。則其擴展不確定度為公式(7)：

Urel95%=k×Urel=13.06×2=26.12 J·g-1

(7)

3 不確定度報告

筆者通過對生物質(zhì)成型燃料不確定度的評定, 得到置信區(qū)間為95%的相對擴展不確定度為Urel 95/%為26.12 J·g-1。

[1] 畢于運，田宜水，王亞靜，等.中國秸稈資源量估算[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2009,25(12)：211-217.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．JJG-2006中華人民共和國計量檢定規(guī)程[M].北京：中國計量出版社, 2006：126-128.

[3] 中國實驗室國家認(rèn)可委員會.化學(xué)分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計量出版社,2002：1277-1279.

[4] JJF1059-1999[S],測量不確定度評定與表示.

EvaluationoftheDeterminationUncertaintyofCalorificValueforBiomassBriquetteFuel

/HELi1,2,RANYi1,2,XIJiang1,2,ZHANGJi-chuan1,2,CHENZi-ai1,2,DINGZi-li1,2,WEIHong1,2

/ ( 1.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture，Chengdu610041，China; 2.TheQualityInspectionCenterofBiogasApplianceofMinistryofAgriculture(BIQIC-MOA),Chengdu610041，China)

Biomass briquette fuel is an environmentally friendly fuel with high calorific value and efficient combustion characteristics. For the purpose of reducing experiment error and improving precision, experiment uncertainty were analyzed and evaluated in this paper.

uncertainty； calorific value； biomass briquette fuel

2017-07-01

賀 莉(1981- )，女，高級工程師，主要從事沼氣產(chǎn)品及設(shè)備檢測方法研發(fā)工作，E-mail: heli@caas.cn

魏 紅，E-mail:nybzqzj@163.com

S216.4

B

1000-1166(2017)05-0079-02