燃烧热值试验仪

摘要本文利用ATC 300A自动氧弹量热仪测试了四种膨化类食品（薯片、仙贝、小馒头、干脆面）的燃烧热值，测试结果与其包装上营养成分表的能量值差值在0.16~0.53 kcal/g之间，RSD（相对标准偏差）均在0.2％以内。图1测试样品展示前言卡路里（calorie）作为一种热量单位被广泛应用于营养计量和健身指导中，它和食品包装上营养成分表里单位为焦耳（joule）的能量值一样，都反映了食品氧化过程中所释放的热量，我们可以根据 1 cal= 4.1868 J对其进行换算。那么食物能提供给我们的热量与其完全燃烧后所释放的热量有什么区别？食物在人体内的消化吸收过程是非常复杂的，对于一些食物组分例如蛋白质中的氮元素等，人体无法消化吸收，在代谢产物（尿素、尿酸、肌酐等）中仍存在一定能量。但尽管人体氧化的方式与氧弹量热仪有所不同，食物完全氧化所释放出的总热量却是相同的。为了得到食物的生理热值，我们可以在氧弹量热仪燃烧测试的基础上进行一些代谢校正。例如，不考虑人体基础代谢等复杂因素，分别测量食物的燃烧热值以及排泄物热值，就可以确定某种食物的有效热值。食品营养成分表中的能量值就是三大营养素的能量系数（脂肪37 kJ/g、碳水化合物17 kJ/g，蛋白质代谢校正后17 kJ/g）与其含量的乘积之和。本文利用ATC 300A自动氧弹量热仪测得四种膨化类食品的燃烧热值并与营养成分表中的能量值进行了对比，同时计算了不考虑蛋白质代谢校正（能量系数为22 kJ/g）时的能量值；可以发现代谢校正所带来的总体偏差不大，但不同食品样品的燃烧热值偏差不同。除了蛋白质含量的因素，可能还因为相同营养素有着不同来源；像牛肉、牛奶中脂肪的燃烧热值实际是不同的，但营养素归类下却有着相同的能量系数。图2 自动氧弹量热仪 ATC 300A实验方法1. 实验条件&bull 测试仪器：之量科技 ATC 300A自动氧弹量热仪&bull 测试方法：GB/T 213-2008&bull 环境温度：24.4~ 26.3 oC&bull 实验样品：薯片、仙贝、小馒头、干脆面2. 测试过程&bull 打开ATC 300A自动氧弹量热仪；&bull Step1：在样品池中称取一定质量样品，用棉线连接点火丝与样品并固定；&bull Step2：安装氧弹，并设置实验参数，填写样品质量等；&bull Step3：开始实验，在测试环境准备好后，仪器自动进行测试；&bull Step4：实验结束，取下氧弹并进行清理；&bull Step5：重复三组测试，记录实验数据。实验结果在实验开始前，我们对每种样品分别进行了碾碎与压片处理以保证测试样品的均匀性与一致性，如图3所示。在压片过程中需控制压片力度，如薯片含油量较高，力度过大会导致油分析出影响测试结果。图3样品预处理（a）碾碎后样品（b）小馒头压片展示（c）压片后样品（d）装样薯片、小馒头、仙贝和干脆面每种样品进行3次重复测试，燃烧热测试结果汇总见表1。测试结果重复性较好，RSD均在0.2％以内。表1 燃烧热测试结果汇总燃烧热J / g薯片小馒头仙贝干脆面123935.0 16548.921535.522750.7223925.716558.121505.322766.8323995.116544.921505.222771.6平均值23951.9 16550.6 21515.3 22763.0 包装能量值22666.715870.0 20620.0 20550.0 无代谢校正能量值22967.6 16017.3 20860.7 21018.1 RSD（％）0.1570.0410.0810.078燃烧热平均值与包装上营养成分表（如图4所示，蛋白质能量系数17 kJ/g）里的能量值相比，差值在680.6~2213.0 J/g之间，不考虑蛋白质代谢校正（能量系数22 kJ/g）的差值在533.3~1745.0 J/g之间。图4（a）薯片（b）小馒头（c）仙贝（d）干脆面样品包装上的营养成分表由于本次选择的样品为膨化类食品，成分以脂肪和碳水化合物为主，蛋白质含量较低，代谢校正对测试结果的影响相对较小，更多考虑为营养素能量参数对不同来源的相同营养素存在一定偏差导致的。根据上述测试结果，燃烧热值一定程度上可以代表我们能够从食物中获取的“卡路里”。除了人体代谢外，不同来源的相同营养素用同样的能量参数去计算也会带来一定误差；以本文测试的膨化类食品为例，不考虑蛋白质代谢修正的燃烧热值与包装能量值差值为12.7~41.7 kcal（大卡）/100g，对“卡路里”摄入严格的人群可能需要考虑该影响。结论本文利用ATC 300A自动氧弹量热仪测试了四种膨化类食品的燃烧热值，测试结果与其包装上营养成分表的能量值较为接近，其差值可能包含了营养学上对于不同营养素的燃烧热值基于人体代谢的修正，以及不同来源的相同营养素能量参数的差异。 仪器推荐自动氧弹量热仪 ATC 300A符合GB 384、GB/T 213、ASTM 4809、ASTM D240等标准，测试时间＜10min（快速法），热容量波动≤0.20%，功能高度自动化，能快速准确地测试各种可燃物的燃烧热值。欢迎联系我们，了解更多技术亮点、参数规格及应用案例。

8月7日，世界最先进的锅炉燃烧试验中心在哈电集团哈尔滨锅炉厂有限责任公司正式开工建设。试验中心建成后，将成为世界热容量最大、系统功能最完善、控制系统最先进、最接近工程实际的技术先进的综合性大型燃烧试验平台，对提高我国发电设备的燃烧效率，降低SO2、NOx、CO2的排放，有效节约能源、保护环境意义重大。 　　据悉，该项目总投资为2亿元，占地面积约6000平方米，包括热态实验台、冷态实验台和煤化分析实验室。项目首期建设30兆瓦燃烧验证热态试验台，10兆瓦多功能燃烧热态试验台，50千瓦一维炉热态试验台以及全炉膛冷态模化试验台，预计明年下半年投入使用。据介绍，锅炉燃烧试验中心以建设国家级技术研究中心为目标，无论是试验台容量的选择还是研究方向的定位均将达到“中国最好，世界一流”的水平，将成为我国提高机械工业技术创新能力的重要基地。该燃烧试验中心还将具备煤、灰的成分和特性分析能力，自主研发新型燃烧器能力和锅炉燃烧特性研究能力等。

9月28日，中国人民银行宣布为贯彻落实国务院常务会议关于支持经济社会发展薄弱领域设备更新改造的决策部署，设立了2000亿元以上设备更新改造专项再贷款，政策面向教育、实训基地、节能降碳改造升级、新型基础设施等十大领域。四方光电股份有限公司（688665.SH）旗下全资子公司湖北锐意自控系统有限公司（以下简称“湖北锐意”）是一家专业提供气体成分及流量测量方案的高新技术企业，基于四方光电核心气体传感技术平台的优势，开发了系列非分光红外（NDIR）、非分光紫外（NDUV）、紫外差分吸收光谱（UV-DOAS）、激光拉曼（LRD）、超声波（Ultrasonic）、热导（TCD）、光散射探测（LSD）等技术原理的气体成分流量仪器仪表，产品广泛应用于环境监测、冶金、煤化工、生物质能源等各个行业。湖北锐意针对国家政策以及当前研究热点问题，选择碳通量气体检测、发动机排放检测及燃气热值分析三个重点方向，推荐以下行业解决方案。一、碳通量气体检测解决方案实现“碳达峰”“碳中和”是国家做出的重大战略决策。通过监测数据可以预测未来的气候变化趋势和评价生态系统碳循环对全球变化的响应与适应特征，为“双碳”目标的达成提供参考数据，为现代地球系统科学、生态与环境科学关注的重大科学问题提供研究依据。碳通量在线监测网络主要包含土壤温室气体通量测量和大气环境涡度协方差测量系统两种方法。湖北锐意依托气体分析传感器平台优势，分别开发了土壤碳通量分析仪与大气环境涡度协方差测量系统。（一）土壤碳通量分析仪土壤生态系统中的碳元素主要是通过土壤呼吸来实现碳循环，对土壤呼吸过程中CO2释放量的准确监测是评价生态系统中碳汇过程的关键。通量测定法是最为常用的测定方法，即直接测定土壤和大气间的CO2交换量，也是评价土壤生态系统碳循环过程的关键。国家正在积极推动“双碳”政策，碳监测为碳计量提供准确的基础数据。垃圾填埋场、污水处理厂和煤矿等区域的无组织碳排放是碳监测的难点之一。土壤碳通量分析仪利用非分光红外气体分析技术（NDIR）测量CO2浓度、可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）测量CH4、N2O浓度。仪器外形小巧便携，方便获取多个不同点位的数据，完成不同空间与高度限值的测量要求，支持长期、连续、准确的测量。主要应用于土壤碳通量监测、森林碳通量监测、温室气体排放监测、空气质量监测、城市污染气体排放监测、固定污染源排放监测；高校关于环境科学、农业学与林业学相关研究等。（据测量场景不同可选配多款型号气体测量室）土壤碳通量分析仪技术参数（二）大气环境涡度协方差测量系统涡度协方差（又称涡动相关法）技术是测量和计算大气边界层内垂直湍流通量的重要大气测量技术。大气环境涡度协方差测量系统结合多款气体分析仪与超声风速仪，模块化设计，外形小巧，安装灵活。相互无干扰，专为高空监测而设计。通过对微气象中的三维风速与气体浓度进行精确测量，完成对生态系统与大气之前湍流交换的监测，即时收集流动畸变数据。适用于边界层气象研究、生态系统温室气体含量监测、野外大气监测、碳水循环研究、空气通量研究、遥感数据验证等。图左：开路式（CO2/H2O）气体分析仪图中：开路式（CH4）气体分析仪图右：三维超声风速仪大气环境涡度协方差测量系统技术参数二、发动机排放检测解决方案内燃机工业是我国重要基础产业，也是节能减排的重点领域。近年来，我国已经颁布和实施了GB 18352.6-2016（轻型车国六）、GB 17691-2018（重型车国六）和GB 20891-2014的2020年修改单（非道路移动机械国四）等移动源新生产车排放法规以及GB 18285-2018（汽油车）、GB 3847-2018（柴油车）和GB 36886-2018（非道路移动机械）等在用车排放法规。其中引领内燃机行业技术发展的是新生产车排放法规，该法规体系中要求的高精度发动机排放检测设备，主要包括全流稀释排放测试系统和便携式排放测试系统，目前都是主要依赖国外进口产品。由于设备构成十分复杂且涉及多项高精度测量技术，进口设备往往十分昂贵，全流稀释排放测试系统单套价格通常会达到数百万元甚至是千万元以上，便携式排放测试系统单套价格也通常会达到百万元以上。进口设备不仅价格贵，还存在供货周期长、使用成本高等问题，显然不能完全满足我国作为内燃机产销第一大国的实际需求。湖北锐意依托气体成分流量仪器仪表研发平台基础优势，结合近20年发动机排放分析仪研发经验，吸收国际先进应用经验，对关键技术进行攻关突破，战略性加大投入，成功研发了全流稀释排放测试系统、便携式排放测试系统以及非常规气体分析仪等全系列产品，具有技术先进、功能齐全、测量准确、性能稳定、兼容性强和高效服务等特点，可满足科研机构、制造企业和检测机构等国内外用户的各种应用需求。（一）全流稀释排放测试系统基于全流稀释排放测试系统的实验室标准工况排放测试是我国移动源排放法规体系中被广泛采用的标准方法，湖北锐意针对性开发了Gasboard-9802发动机排放全流稀释定容采样系统（CVS）及其配套的Gasboard-9801发动机排放测试系统。Gasboard-9801发动机排放测试系统结合高精度氢火焰离子化检测技术（HFID）、紫外差分吸收光谱技术（UV-DOAS）、非分光红外技术（NDIR）、长寿命电化学传感器技术（ECD）与凝结核粒子计数技术（CPC），同时测量发动机排气中THC、NOx、CO、CO2、O2等气体体积浓度及颗粒物数量浓度，其超低量程同时具备准确性高和响应速度快的特点，完全满足排放法规技术要求以及实际应用需求。Gasboard-9802发动机排放全流稀释定容采样系统（CVS）具有功能齐全、准确性高和自动化程度高等特点，适用于轻型车、重型车和非道路移动机械等各种移动源国家排放法规，可满足各种工况下不同排量和不同燃料类型内燃机的法规排放测试试验需求。目前，湖北锐意的全流稀释排放测试系统设备已经逐步成功应用于科研机构、发动机制造企业、轻型汽车制造企业、摩托车制造企业及相关检测机构等。Gasboard-9801发动机排放测试系统技术参数应用案例1、 武汉某知名高校醇氢发动机排放测试研究项目2、 常州某大型发动机制造企业实验室排放气体检测项目（二）便携式排放测试系统基于便携式排放测试系统的实际工况车载排放测试是一种更能反映移动源真实排放水平的排放测试方法，已经被我国轻型车、重型车和非道路移动机械排放法规引入作为标准方法的重要补充，正在法规检测和市场监督抽查等应用场景中发挥越来越重要的作用。湖北锐意针对性开发了符合法规要求的Gasboard-9805便携式排放测试系统（PEMS）。该系统采用全自主的核心传感器分析技术，可实现排放物CO、CO2、NO、NO2、THC和PN浓度测量，以及排气流量、GPS数据、环境温湿度、大气压力的测量，并具备测试过程引导、自动计算排放总量、导出测试报告等功能。依托自主搭建的排气质量流量标定系统和颗粒物PN分析仪标定系统等关键标定平台，为便携式排放测试系统的溯源标定和质量检验提供了保障。目前，湖北锐意便携式排放测试系统已经成功应用于科研机构、机动车和非道路移动机械制造企业及相关检测机构等。Gasboard-9805便携式排放测试系统技术参数应用案例1、浙江某大型农用机械制造企业车载排放测试项目（三）非常规气体分析仪发动机尾气中NH3和N2O等非常规气体污染物排放已经成为当前国际研究热点和排放法规检测项目。湖北锐意分别采用高温紫外差分吸收光谱技术（UV-DOAS）和可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）成功开发了发动机原排直采NH3分析仪和N2O分析仪，已应用于新能源发动机研发工作。NH3和N2O分析仪技术参数（四）在用车排放检测系统湖北锐意基于双光束红外（NDIR）、微流红外（NDIR）、非分光紫外（UV-DOAS）等核心气体传感技术，自主研发了包括气体传感器平台、尾气分析仪、透射式烟度计、振动式发动机转速表的在用车排放检测整体解决方案。产品具有高精度、稳定性好，抗干扰能力强等特点，满足： GB 18285-2018，GB 3847-2018，GB 7258-2017，GB 7258-2017，GB 20891-2014等国标以及JJF 1375，JJG 688-2017，HJ 1014-2020等技术要求。产品广泛应用于机动车检测机构、汽车制造厂、汽车修理厂、科研机构、环保执法部门等。三、燃气热值分析解决方案天然气、沼气以及工业生产中可燃气体的高效利用对节能减排具有十分重要的意义。准确测量可燃气体成分及热值并自动优化控制燃烧过程是提高燃烧效率和控制排放污染的重要途经。天然气等碳氢燃料的气体成分分析主要依赖气相色谱法，但该方法的响应时间达90s以上，往往不能满足大多数场合的实时控制应用需求。湖北锐意在气体分析传感器平台优势基础上吸收国际先进的产品设计理念和应用经验，并结合国内应用需求，自主研发了以光谱吸收技术原理为主的一系列气体成分及热值在线测量设备，具有精度高、响应快、功能齐全等特点，可满足石油天然气、沼气、污水气体系统、垃圾填埋、玻璃陶瓷、化工、电厂和内燃机等领域应用。（一）激光拉曼光谱气体分析仪激光拉曼光谱法可以使用一个激光光源同时探测除惰性气体之外的所有气体分子，是一种非常有潜力的过程气体成分在线监测技术。但激光拉曼光谱法的特征信号较弱，一定程度上限制了该技术在气体检测领域的广泛应用。2012年四方光电牵头承担 “激光拉曼光谱气体分析仪的研发与应用”国家重大科学仪器设备开发专项，解决了检测信号弱等诸多难题，成功开发了LRGA-6000激光拉曼光谱气体分析仪。设备融合10项授权发明专利，通过对仪器的发生装置、收集装置、探测装置等核心硬件进行激光功率增加、气体压力提高、作用光程增长、散射光大范围收集等技术创新，以及采用基于Ar基底自动扣除、基于标定气体干扰自动修正等激光拉曼特有的软件算法，消除环境温度、压力、干扰气体等对被测气体的影响，实现了对低密度过程气体的高精度监测，已广泛应用于天然气、乙烯裂解气、生物质燃气、变压器油溶解气、煤化工等各大领域。在热值监测领域，激光拉曼光谱技术具有突出优势。以往旧式热值仪往往只能监测总碳氢化合物的热值总量且易受水分影响，而湖北锐意激光拉曼光谱气体分析仪可以分别监测显示各组分热值，采用的特征指纹谱技术具有极强的抗干扰能力。在气体监测领域可取代气相色谱（GC）与质谱（MS）：LRGA-6000激光拉曼光谱气体分析仪技术参数LRGA-3100激光拉曼光谱气体分析仪技术参数应用案例1、武汉某大型轧钢厂加热炉热值监测项目2、 非洲某大型天然气开采监测项目（二）煤气分析仪（便携型）湖北锐意煤气分析仪可同时监测8种气体浓度并自动计算显示煤气/天然气热值，且多组分同时测量无交叉干扰。据以往用户使用案例的监测结果统计来看，湖北锐意煤气分析仪在热值监测方面平均为用户节省约10%的燃烧热能，此数据反应到庞大的工业产量基数上，为用户企业节省了十分可观的燃料成本。湖北锐意红外气体分析技术包含公司授权专利12项。其中消除交叉气体干扰技术集成非分光红外气体传感器（针对CO、CO2、CH4和CnHm检测）、热导H2传感器以及电化学O2传感器，并通过软件进行修正得到准确的八组分浓度数据并计算热值。基于该技术开发的煤气分析仪能够与昂贵的在线气相色谱仪作用相当，省却了载气等长期耗材，并具备热值分析功能。主要应用于煤化工、钢铁冶金等领域的煤气成分及热值测量、高校科研院所的气体取样分析以及新能源行业的气体成分测量等。Gasboard-3100P煤气分析仪技术参数应用案例1、抚顺某石油化工研究院生物质原料热解实验室检测项目（三）便携红外天然气热值分析仪天然气作为一种新型清洁燃料也是一种混合气体，不同气源生产的天然气组分会有所不同，在天然气用作燃料时，因组分不同导致其热值出现差异。目前无论是工业还是民用，都对天然气具有依赖性。对燃烧过程中气体浓度及热值的连续监测，可精确了解天然气的燃烧效率，对于降低企业生产成本、改善大气环境、实现可持续经济发展等具有积极作用。湖北锐意便携式红外天然气热值分析仪可同时测量多种气体浓度，并自动计算天然气热值，可取代燃烧法热值仪。相较于适用于高校与职业院校教学科研/实验实训、燃气具生产企业、燃气计量检测部门、节能监测部门、环保和配气等行业、天然气公司、液化气厂、液化气站等。Gasboard-3110P便携式红外天然气热值分析仪技术参数