烟煤发热量与水分、灰分的关系探讨
一.引 言
煤质分析与化验在选煤生产中具有重要作用。在煤的常规分析中，发热量是评价煤质的一项重要指标，也是供热用煤的主要质量指标。它不仅为煤炭分类提供依据，还是动力用煤及动力配煤质量的重要依据。因此，煤的发热量测定准确与否直接影响其在生产中的应用。本文通过统计我司2010年下半年进厂的烟煤常规化验结果，分析与研究(广州珠江电力燃料有限公司——简称珠电、大华中能源有限公司——简称大华中)这两家供应商烟煤的发热量与其水分、灰分的相关关系，根据生产实际情况，提出存在这种关系的理论依据，以供大家参考。
二.煤的发热量与灰分、水分相关关系的建立
在早期有关专家就通过对大量煤样结果进行研究得出，煤的发热量与其水份、灰分线性相关，即：
Qd=k-a×Ad
Qad=k-p×Aad-q×Mad
式中：k、a、p、q-常数，随煤种、矿区、煤层而定;Q、A、M-发热量、灰分、水份。
可以根据数理统计得出其相关系数R接近于1，标准误差与置信区间也较小，可验证推算值与实测值之间以t检验，无显著性差异，并可得出结论：灰分是主要因素，水分是次要因素，都是不可忽略的因素。而发热量与灰分虽呈线性关系，只是根据数理统计结果说明存在这种关系，没有实际的理论依据。
三.对进厂烟煤发热量与水分、灰分关系推导
根据大量文献表明，同一品种煤的发热量与灰分、水分之间存在一定的内在联系。本文对2010年下半年珠电进厂的15批次烟煤(表一)与大华中进厂的15批次烟煤(表二)化验结果进行统计分析，得出发热量关于灰分、挥发分的二元线性回归方程。
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表一：2010年下半年珠电烟煤化验数据 |
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序号 |
水份% |
全水份% |
灰分% |
挥发份% |
固定碳% |
低位发热量MJ/Kg |
硫分% |
|
1 |
3.64 |
13.08 |
23.25 |
26.96 |
46.15 |
19.7 |
0.64 |
|
2 |
4.40 |
13.83 |
23.20 |
26.06 |
46.70 |
19.7 |
0.66 |
|
3 |
3.98 |
12.00 |
25.08 |
25.21 |
45.73 |
19.4 |
0.76 |
|
4 |
3.30 |
12.30 |
26.26 |
25.43 |
45.01 |
19.4 |
0.96 |
|
5 |
5.87 |
16.18 |
23.80 |
26.12 |
44.21 |
18.5 |
0.58 |
|
6 |
5.94 |
15.68 |
20.93 |
26.38 |
46.75 |
19.6 |
0.74 |
|
7 |
4.26 |
14.18 |
24.24 |
26.96 |
44.54 |
19.4 |
0.70 |
|
8 |
6.34 |
16.90 |
17.68 |
28.43 |
47.55 |
20.3 |
0.41 |
|
9 |
4.44 |
14.26 |
24.10 |
27.04 |
44.42 |
19.2 |
0.67 |
|
10 |
5.56 |
16.06 |
17.04 |
29.79 |
47.61 |
20.6 |
0.65 |
|
11 |
3.92 |
15.66 |
22.47 |
28.44 |
45.17 |
19.4 |
0.58 |
|
12 |
3.58 |
12.69 |
23.68 |
27.25 |
45.49 |
20.1 |
0.72 |
|
13 |
3.72 |
11.03 |
22.64 |
27.70 |
45.94 |
20.4 |
0.50 |
|
14 |
3.11 |
11.35 |
22.87 |
28.05 |
45.97 |
20.3 |
0.50 |
|
15 |
3.00 |
12.35 |
22.96 |
27.88 |
46.16 |
20.0 |
0.52 |
表一推理如下：对表中数据利用最小二乘法求出发热量Q关于灰分A、水分M的二元线性回归方程的参数，即求：
Q=a+bA+cM
其中： a=Q-bA-cM
b=(L22*L10-L12*L20)/(L11*-L122)
c=(L11*L20-L12*L10)/(L11*-L122)
L11=∑Ai2-1/n*(∑Ai)2
L22=∑Mi2-1/n*(∑Mi)2
L12=∑AiMi-1/n*(∑Ai) (∑Mi)
L10=∑AiQi-1/n*(∑Ai) (∑Qi)
L20=∑M iQi-1/n*(∑Mi) (∑Qi)
A=1/n∑Ai
M=1/n∑Mi
Q=1/n∑Qi
通过计算，得到珠电烟煤发热量与灰分、水分的关系式为：
Q=28.95-0.25A-0.26M (1)
式中：Q-收到基低位发热量，MJ/Kg;A-烟煤的灰分，%;M-烟煤的水分(全水分)，%。
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表二：2010年下半年大华中烟煤化验数据 |
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序号 |
水份% |
全水份% |
灰分% |
挥发份% |
固定碳% |
低位发热量MJ/Kg |
硫分% |
|
1 |
2.13 |
9.48 |
30.10 |
26.61 |
41.16 |
19.1 |
0.86 |
|
2 |
1.78 |
11.20 |
26.72 |
28.38 |
43.12 |
19.7 |
0.97 |
|
3 |
20.60 |
9.86 |
28.86 |
27.28 |
41.80 |
19.3 |
0.98 |
|
4 |
4.54 |
14.64 |
20.50 |
28.74 |
46.22 |
19.9 |
0.64 |
|
5 |
2.52 |
13.08 |
26.39 |
27.83 |
43.26 |
19.3 |
0.90 |
|
6 |
2.38 |
12.86 |
26.67 |
27.36 |
43.59 |
19.4 |
0.89 |
|
7 |
1.82 |
12.10 |
27.48 |
26.12 |
44.58 |
19.3 |
0.88 |
|
8 |
1.76 |
9.68 |
30.09 |
26.06 |
42.09 |
19.1 |
0.93 |
|
9 |
4.02 |
13.73 |
22.64 |
28.79 |
44.55 |
19.9 |
0.86 |
|
10 |
3.28 |
11.10 |
23.15 |
28.36 |
45.21 |
20.1 |
0.69 |
|
11 |
3.12 |
11.86 |
24.68 |
28.42 |
43.78 |
20.2 |
0.98 |
|
12 |
3.60 |
13.60 |
22.03 |
28.90 |
45.47 |
20.4 |
0.82 |
|
13 |
5.48 |
15.66 |
20.26 |
29.24 |
45.02 |
19.6 |
0.92 |
|
14 |
2.93 |
11.36 |
27.02 |
27.76 |
42.09 |
19.3 |
0.96 |
|
15 |
6.13 |
14.75 |
19.14 |
28.34 |
46.39 |
20.0 |
0.68 |
同理，对表二数据通过计算，得到大华中烟煤发热量与灰分、水分的关系式为：
Q=27.67-0.20A-0.24M (2)
经计算，式(1)二元线性回归方程的相关系数R1=0.94;式(2)中的相关系数R2=0.86，说明此两种烟煤中的发热量与灰分、水分之间都有很好的相关性。为了检验回归方程的准确性，把灰分、水分的化验结果代入式中，再与实测的发热量相比较，结果见表三、表四。
|
表三：珠电烟煤发热量实验值与计算值比较 |
|
序号 |
实验值MJ/Kg |
计算值MJ/Kg |
差值MJ/Kg |
|
1 |
19.70 |
19.74 |
-0.04 |
|
2 |
19.70 |
19.55 |
0.15 |
|
3 |
19.40 |
19.56 |
-0.16 |
|
4 |
19.40 |
19.19 |
0.21 |
|
5 |
18.50 |
18.79 |
-0.29 |
|
6 |
19.60 |
19.64 |
-0.04 |
|
7 |
19.40 |
19.20 |
0.20 |
|
8 |
20.30 |
20.14 |
0.16 |
|
9 |
19.20 |
19.22 |
-0.02 |
|
10 |
20.60 |
20.51 |
0.09 |
|
11 |
19.40 |
19.26 |
0.14 |
|
12 |
20.10 |
19.73 |
0.37 |
|
13 |
20.40 |
20.42 |
-0.02 |
|
14 |
20.30 |
20.28 |
0.02 |
|
15 |
20.00 |
20.00 |
0.00 |
|
表四：大华中烟煤发热量实验值与计算值比较 |
|
序号 |
实验值MJ/Kg |
计算值MJ/Kg |
差值MJ/Kg |
|
1 |
19.10 |
19.37 |
-0.27 |
|
2 |
19.70 |
19.64 |
0.06 |
|
3 |
19.30 |
19.53 |
-0.23 |
|
4 |
19.90 |
20.06 |
-0.16 |
|
5 |
19.30 |
19.25 |
0.05 |
|
6 |
19.40 |
19.25 |
0.15 |
|
7 |
19.30 |
19.27 |
0.03 |
|
8 |
19.10 |
19.33 |
-0.23 |
|
9 |
19.90 |
19.85 |
0.05 |
|
10 |
20.10 |
20.38 |
-0.28 |
|
11 |
20.20 |
19.89 |
0.31 |
|
12 |
20.40 |
20.00 |
0.40 |
|
13 |
19.60 |
19.86 |
-0.26 |
|
14 |
19.30 |
19.54 |
-0.24 |
|
15 |
20.00 |
20.30 |
-0.30 |
四.结 论
从上述公式中可以看出，我司进厂的烟煤不同的供应商，其发热量与灰分、水分的关系略有不同。总体而言，珠电烟煤与大华中烟煤的发热量都灰分、水分的升高而降低。并且灰分(或水分)每增加1%，发热量约降低250J/g。
烟煤的发热量与灰分、水分之间的线性关系，回归方程可用于化验员日常化验结果的自查，相对于其它基准的发热量，它既直观又简便，有利于及时发现和处理问题。
从表三、表四中可以看出，以测得的灰分、水分代入上述对应的公式进行计算，所得的发热量与实际测量值之间，极个别差别较大(大于400J/g)，这可能是供应商把多种煤样混在一起或实验时的偶然误差等因素造成，此时的数据不再适用于上述公式。由于煤的许多本质因素都影响其发热量，所以上述公式不能代替发热量的测定，仅用于日常化验结果的审核及理论研究。
需要指出的是，珠电烟煤相对于大华中烟煤来说，质量相对稳定，因此，公式(1)对珠电的烟煤具有普遍适用性。而大华中的烟煤在不同时期的烟煤质量各异，特别是看上去很湿的煤，测出来的水分与灰分均在指标范围内，其计算结果与测量值之间差异较大(大于400J/g)，对公式(2)的使用有一定的限制性。
以上关系式推导的数据来源于化验室日常化验数据，在以后的工作中还要不断收集数据，根据生产要求烟煤的变化随时修正，以满足煤质管理的需要。
参考文献：
[1]杨金和、陈文敏、段云龙，煤炭化验手册[M]，北京：煤炭工业出版社，2004
[2]冯桂东，用回归法研究煤的灰分、水分与发热量的关系[J]，江苏煤炭，2001(1)
[3]周洛、刘敬，煤的干基高位发热量与干基灰分、挥发分关系的研究[J]，检验检疫科学，2000(6)
[4]刘治青，煤中灰分与发热量相关性和回归方程[J]，山西焦煤科技，2006(4)
[5]5E-KC快速量热仪使用说明书[M]，长沙开元仪器有限公司
