葉贊威，吳初軍，何莉娜

（1. 紹興市能源檢測院，浙江紹興，312071；2. 紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江紹興，312071）

鍋爐能效測試中煙煤氫含量計算方法

葉贊威1，吳初軍1，何莉娜2

（1. 紹興市能源檢測院，浙江紹興，312071；2. 紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江紹興，312071）

氫含量是計算煙煤收到基低位發(fā)熱量必不可少的參數(shù)。本文根據(jù)發(fā)熱量計算理論推導(dǎo)得出煙煤中氫含量計算方程，并進而通過比較分析研究，得到相關(guān)數(shù)據(jù)并計算出煙煤中的氫含量，且具有較高精度。本文為計算收到基低位發(fā)熱值提供了較為可靠的氫數(shù)據(jù)，為鍋爐能效計算提供了必要的數(shù)據(jù)支持。

鍋爐能效測試；煙煤；工業(yè)分析；氫

引言

燃煤工業(yè)分析、元素分析是鍋爐能效測試的重要檢測項目，為計算鍋爐效率、研討鍋爐燃燒技術(shù)、進行相關(guān)熱力計算等提供必需的數(shù)據(jù)依據(jù)。對大多數(shù)實驗室而言，燃煤工業(yè)分析比元素分析容易，設(shè)備投入較少，操作簡單，分析時間短，且已足工業(yè)生產(chǎn)分析需要。然而，工業(yè)分析中重要一項——發(fā)熱量測定，一般測定的是彈桶恒容發(fā)熱量，需硫、氫含量才能換算為恒容低位發(fā)熱量，而低位發(fā)熱值是燃煤的重要指標(biāo)，且是計算鍋爐效率的重要數(shù)據(jù)，不可或缺。元素分析設(shè)備價值昂貴，多數(shù)實驗室不具備。再者，目前工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的是燃燒性能較好、價格相對低廉的煙煤。基于此，本文結(jié)合實際工作中的大量數(shù)據(jù)積累，通過總結(jié)歸納，從發(fā)熱值計算公式入手推導(dǎo)得出煙煤中氫含量計算公式，具有較高的計算精度，為計算收到基低位發(fā)熱值提供較為可靠的氫數(shù)據(jù)，具有較高的應(yīng)用價值［1-6］。

收到基低位發(fā)熱值指以收到狀態(tài)單位質(zhì)量的煤燃燒后產(chǎn)生熱量的值。

1 數(shù)學(xué)建模及公式推導(dǎo)

1.1輸入?yún)?shù)及目標(biāo)值確立

建模的首要工作是確立預(yù)期目標(biāo)（即輸出）及已知參數(shù)（即輸入）。本文以煤的分析基（空氣干燥基）數(shù)據(jù)（包括水分、灰分、揮發(fā)分）為輸入量（固定碳通過計算得出），以分析基的氫含量、可燃基（干燥無灰基）氫含量為輸出量?，F(xiàn)對公式推導(dǎo)中所涉及符號做以下約定：M為水分，A為灰分，V為揮發(fā)分，F(xiàn)C為固定碳，CRC為焦渣特征，H為氫，Qgr，V為恒容高位發(fā)熱值，Qnet，V為恒容低位發(fā)熱值，下標(biāo)ad代表空氣干燥基，下標(biāo)d代表干燥基，下標(biāo)daf代表干燥無灰基。

1.2公式推導(dǎo)

（1）依據(jù)定義計算分析基高、低位發(fā)熱量差值煤的分析基恒容地位發(fā)熱值計算式為［1］：

Qnet，v，ad= （Qgr，v，ad-206Had）×（100-Mad）/（100-Mad）-23Mad=Qgr，v，ad-206Had-23Mad（1）

那么，

△Q= Qgr，v，ad- Qnet，v，ad=206Had+23Mad（2）

式（2）中△Q的單位為J/g。

（2）依據(jù)經(jīng)驗公式計算分析基高、低位發(fā)熱量差值

對于煙煤，其分析基高、低位發(fā)熱值關(guān)系式如下［2］：

Qgr，v，ad= K1［100-（Mad+Aad）］- Aad（-40Mad）* （3）Qnet，v，ad= 100K1'-（ K1'+6）（Mad+Aad）-3Vad（-40Mad）* （4）

式（3）和式（4）中，（-40Mad）*項只在計算Vdaf＜35%且Mad＞3%的煙煤發(fā)熱量時計算。

聯(lián)立式（3）和式（4），簡化得：

△Q= Qgr，v，ad- Qnet，v，ad= （K1- K1'）［100-（Mad+Aad）］+6Mad+3Vad（5）

又100-（Mad+Aad）=FCad+Vad，并記△K=K1-K1'，于是式（5）可轉(zhuǎn)化為：

△Q=△K（FCad+Vad）+6Mad+3Vad（6）

式（6）中△Q的單位為cal/g。

（3）聯(lián)立推導(dǎo)煙煤中氫含量計算公式

聯(lián)立式（1）與式（5）并考慮單位換算，得出煙煤中氫含量計算公式為：

Had=｛4.1816［△K （FCad+Vad）+3Vad］+2.0896Mad｝/206 （7）

（4）系數(shù)△K的計算

式（3）和式（4）中，K1與K1'為一系列常數(shù)值，兩者均與煤的焦渣特征CRC及可燃基揮發(fā)分Vdaf有關(guān)，因此可將△K表示為△K（CRC，Vdaf）。針對△K的取值，本文并未采取簡單的數(shù)學(xué)加減，而是采用函數(shù)算術(shù)平均，即：

△K=（∫0vdaf△K（V，CRC）dV）/Vdaf（8）

式（8）中，V代表可燃基揮發(fā)分變量，而Vdaf為當(dāng)前煤樣的可燃基揮發(fā)分含量。依據(jù)文獻［2］中表3-4-4及表3-3-8，可得△K與CRC、Vdaf關(guān)系表。考慮到上述表格中，CRC=1～7、Vdaf10%以及CRC=8、Vdaf?13兩區(qū)域內(nèi)△K無數(shù)值，針對這一區(qū)域，參考文獻［2］中無煙煤熱值經(jīng)驗計算方法，有對于無煙煤，其分析基高、低位發(fā)熱值的關(guān)系式：

Qnet，v，ad=K0-80Mad-90Aad（9）

Qgr，v，ad=K0'-86Mad-92Aad-24Vad（10）

聯(lián)立式（9）與式（10）可得：

△Q=Qnet，v，ad-Qgr，v，ad= K0- K0'+6Mad+2Aad+24Vad（11）

文獻［2］中，K0與K0'與揮發(fā)分有關(guān)，且與揮發(fā)分的對應(yīng)關(guān)系相同，因此有K0= K0'。于是，式（11）可簡化為：

△Q= 6Mad+2Aad+24Vad（12）

式（12）中△Q的單位為cal/g。

聯(lián)立式（12）和式（6）得：

△K=2A0/（100-A0-M0）+0.21Vdaf（13）

對△K空白區(qū)積分求和得：

｛

S△K=20Aad/（100-Aad-Mad）+10.5 （CRC=1～7， Vdaf10%）（14）

S△K=26Aad/（100-Aad-Mad）+17.745 （CRC=8，V

daf13）

結(jié)合文獻［2］中的相關(guān)表格，可得煙煤的△K與Vdaf、CRC的關(guān)系，如表1所示。

表1　煙煤的△K與Vdaf、CRC關(guān)系表

接表1

少數(shù)極高灰分（Adaf＞40%）煙煤，計算誤差較大，可能達到0.5%以上，此時根據(jù)參考文獻［2］中式2-7-38，對Vdaf進行校正，將校正后的Vdaf數(shù)值代入上述公式進行計算。

2 計算實例

本文對文獻［2］中幾種標(biāo)準(zhǔn)煤樣進行了驗算，結(jié)果如表2所示：

從表2可以計算出，本文提出的利用工業(yè)分析結(jié)果計算煙煤中氫含量的方法，計算精度相當(dāng)高（計算值與實測值之差一般不超過±0.3%），普適性強，且可用于高灰分煙煤氫含量計算。

表2　計算比對

3 結(jié)束語

開展鍋爐能效測試是特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)管的重要抓手。煤作為鍋爐的主要燃料，其工業(yè)分析、元素分析直接關(guān)系到鍋爐能效測試的可靠性、權(quán)威性。而氫含量直接影響煤的低位發(fā)熱值（工業(yè)分析的主要項目之一）。本文的研究另辟蹊徑，找到一種計算氫含量的方法，精度極高，具有相當(dāng)高的實際應(yīng)用價值。

［1］GB/T 213-2008. 煤的發(fā)熱量測定方法［S］.

［2］石達，于暢. 現(xiàn)代配煤生產(chǎn)配方優(yōu)化設(shè)計、工藝控制及煤質(zhì)評定標(biāo)準(zhǔn)實務(wù)全書［M］. 北京:當(dāng)代中國音像出版社，2005.

［3］GB/T 10180-2003. 工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程［S］.

［4］GB 10184-88. 電站鍋爐性能試驗規(guī)程［S］.

［5］GB/T 483-2007. 煤炭分析試驗方法一般規(guī)定［S］.

［6］于瑞生， 倫國瑞. 利用煤的熱值和工業(yè)分析數(shù)據(jù)計算煤中各主要元素含量［J］. 華東電力， 1996（3）:33-36.

葉贊威（1983-），2007年7月畢業(yè)于南京理工大學(xué)，熱能工程碩士學(xué)位，工程師，目前從事特種設(shè)備能源效率檢測工作。E-mail: 372391439@qq.com

Calculation of Bituminous Coal's Hydrogen Content in Boiler Efficiency Test

Zanwei Ye1， Chujun Wu1， Lina He2（1. Shaoxing Institute of Energy Testing and Inspection， Shaoxing， Zhejiang， 312071， China；2. Shaoxing Testing Institute of Quality Technical Supervision， Shaoxing， Zhejiang， 312071， China）

Hydrogen content is essential for the calculation of bituminous coal's net calorific value as received basis. According to calorific value formula， we derive the formula of bituminous coal's hydrogen content. Then， calculate hydrogen content in coal using the data achieved from proximate analysis of coal，and holds high accuracy. This paper provides more reliable data of hydrogen for net calorific value as received basis， and it provides necessary data for boiler efficiency calculation.

Boiler Efficiency Test； Bituminous Coal； Proximate Analysis； Hydrogen

TK229

A

2095-8412 （2016） 04-722-03

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.037