沈朝峰 陸 超 汪后港 張 磊 曾 彬 秦 嶺 包 軍

（華電電力科學(xué)研究院，浙江省杭州市，310030）

基于SPSS的高揮發(fā)分煙煤煤質(zhì)變化影響因素研究

沈朝峰 陸 超 汪后港 張 磊 曾 彬 秦 嶺 包 軍

（華電電力科學(xué)研究院，浙江省杭州市，310030）

選用干燥無灰基揮發(fā)分含量為28%～37%的高揮發(fā)分煙煤進(jìn)行試驗(yàn)，將不同灰分的試驗(yàn)樣品在自然條件下密封放置10～60 d，得到樣品試驗(yàn)前后灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量等煤質(zhì)數(shù)據(jù)。使用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（SPSS）對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分析結(jié)果表明，灰分與揮發(fā)分、發(fā)熱量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，揮發(fā)分與發(fā)熱量呈現(xiàn)正相關(guān)，表明灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量三者之間存在相互關(guān)聯(lián)變化；試驗(yàn)時(shí)間與揮發(fā)分、發(fā)熱量等煤質(zhì)參數(shù)變化不相關(guān)，在一定時(shí)間內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)間對高揮發(fā)分煙煤在自然條件下儲存的煤質(zhì)變化不產(chǎn)生影響；灰分與揮發(fā)分、發(fā)熱量等變化顯著負(fù)相關(guān)，表明灰分能夠顯著影響高揮發(fā)分煙煤煤質(zhì)變化過程。

煙煤 高揮發(fā)分 煤質(zhì) 統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案

高揮發(fā)分煙煤具有較高的揮發(fā)分含量及水分，在一定儲存條件下?lián)]發(fā)分的釋放較為迅速，會發(fā)生較為強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)使得煤質(zhì)發(fā)生改變。因此，研究高揮發(fā)分煙煤在自然條件下的氧化變質(zhì)的影響因素，能夠進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)過程，促進(jìn)其清潔高效利用。

統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（SPSS，Statistical Product and Service Solutions），是世界上應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)統(tǒng)計(jì)軟件，被廣泛用于經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，在煤炭應(yīng)用領(lǐng)域也有較多的應(yīng)用。本文利用SPSS研究了高揮發(fā)分煙煤在自然條件下的煤質(zhì)變化規(guī)律，確定影響其變化的因素。

1　試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)方法

選擇干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）含量為28%～37%的煙煤進(jìn)行試驗(yàn)。將煤樣制備成粒度為3 mm的樣品，等質(zhì)量分成兩部分，一部分在自然條件下密封放置，另一部分制成粒度為0.2 mm的一般分析煤樣，并將樣品進(jìn)行化驗(yàn)，測定其灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、全硫含量等煤質(zhì)參數(shù)。當(dāng)3 mm試驗(yàn)煤樣放置一定天數(shù)后，對樣品重復(fù)上述制樣、化驗(yàn)過程，得到放置后的煤質(zhì)參數(shù)。為保證數(shù)據(jù)的代表性和完整性，放置時(shí)間從10～60 d連續(xù)不間斷，且在每個(gè)放置時(shí)間點(diǎn)隨機(jī)選擇不同灰分的樣品進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2數(shù)據(jù)分析

將同一樣品試驗(yàn)前后得到的2組化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，得到其干基灰分Ad、干基揮發(fā)分Vdaf以及干基高位發(fā)熱量Q，并計(jì)算出試驗(yàn)前后同一灰分下不同樣品的Ad、Vdaf、Q以及同一試驗(yàn)時(shí)間下Ad、Vdaf、Q的變化值，以ΔAd、ΔVdaf、ΔQ表示。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析在SPSS軟件中進(jìn)行，首先使用SPSS探索分析，檢查數(shù)據(jù)中存在的奇異值和極端值，并按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理將奇異值和極端值剔除，再利用SPSS中回歸、相關(guān)等分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與討論

2.1煤質(zhì)參數(shù)相關(guān)性

試驗(yàn)測得樣品全硫含量為0.50%～2.00%，SPSS分析結(jié)果表明，在試驗(yàn)前后，各試驗(yàn)樣品全硫含量變化值的極大和極小值均小于再現(xiàn)性臨界差0.25%，變化均值為0.00%，方差為0.005，可以認(rèn)為是試驗(yàn)誤差所致。這說明煤樣中全硫含量在試驗(yàn)前后未發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，在自然環(huán)境中放置煤樣，不能使其全硫逸出或發(fā)生變化。因此在本文后述分析中均不考慮全硫的變化特性及其對其它指標(biāo)的影響。

為了探究試驗(yàn)樣品Ad、Vdaf、Q三者之間的相互關(guān)系，利用SPSS對試驗(yàn)樣品煤質(zhì)各參數(shù)進(jìn)行了回歸模型研究，研究結(jié)果見表1。

表1　試驗(yàn)樣品煤質(zhì)各指標(biāo)相互關(guān)系表

由表1可知，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量和t統(tǒng)計(jì)量的顯著性概率Sig.均為0.000，小于置信度0.05，說明因變量和自變量的線性關(guān)系是顯著的，線性關(guān)系成立，表明試驗(yàn)樣品Ad、與Q、Vdaf兩個(gè)指標(biāo)存在較強(qiáng)的負(fù)線性相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別達(dá)到-0.967和-0.935，Vdaf與Q存在較強(qiáng)的正線性相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)達(dá)到0.899。

為了更直觀地表達(dá)Ad與Vdaf、Q的關(guān)系，將試驗(yàn)前Ad、Vdaf、Q數(shù)據(jù)繪圖，得到三者的關(guān)系曲線如圖1所示。

由表1和圖1可知，試驗(yàn)樣品的Ad、Vdaf、Q三者之間存在明顯的線性關(guān)系，在自然條件下三者存在一定的關(guān)聯(lián)氧化變質(zhì)。

2.2試驗(yàn)前后煤質(zhì)參數(shù)變化

相同試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的樣品灰分、揮發(fā)分以及發(fā)熱量平均變化值如圖2所示。

由圖2可知，揮發(fā)分變化值比灰分變化值平均高0.20%，這與煤炭特性有關(guān)，煤中灰分相對穩(wěn)定，不易發(fā)生變化，而揮發(fā)分是煤中易揮發(fā)的物質(zhì)，也是煤炭氧化的主要組分。ΔQ為正值說明高揮發(fā)分煙煤在一定放置時(shí)間內(nèi)，其發(fā)熱量會有所降低。當(dāng)儲存時(shí)間為60 d時(shí)，降低值達(dá)到最大，為323 J/g，其余均在300 J/g以下，即在發(fā)熱量測定再現(xiàn)性臨界差以下。這表明高揮發(fā)分煙煤降低值有限。根據(jù)之前的相關(guān)研究，褐煤在相同放置時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量降低可達(dá)到500 J/g以上，可見高揮發(fā)分煙煤氧化過程不如褐煤劇烈，這與煤質(zhì)特性本身是相吻合的。

隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，Ad、Vdaf、Q這三個(gè)煤質(zhì)指標(biāo)變化出現(xiàn)輕微的增大趨勢，這表明試驗(yàn)時(shí)間對高揮發(fā)分煙煤在自然條件下的煤質(zhì)變化影響有限。

當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到30 d時(shí)，不同灰分的樣品在此試驗(yàn)時(shí)間下各煤質(zhì)參數(shù)變化值如圖3所示。

圖1　Ad與Vdaf、Q的關(guān)系圖

圖2　不同試驗(yàn)時(shí)間樣品各參數(shù)變化圖

圖3　不同灰分樣品各參數(shù)變化圖

由圖3可知，隨著灰分的增加，揮發(fā)分和發(fā)熱量兩個(gè)參數(shù)變化值有降低的趨勢，但降低的絕對值并不大，而灰分變化值有一定程度的增大，這是因?yàn)榛曳衷黾?，煤中揮發(fā)分含量降低，發(fā)熱量也降低，故在變化絕對值上有一定程度的降低。

比較圖2和圖3可知，灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量在不同灰分和不同試驗(yàn)時(shí)間下變化值較接近，Vdaf變化值在0.40%以下，Q變化值在200 J/g上下波動。由表1和圖3可知，隨著灰分含量增加，當(dāng)Ad大于40.00%、Vdaf為20.00%、Q為11000 J/g時(shí)，ΔAd開始出現(xiàn)正值，ΔQ和ΔVdaf開始出現(xiàn)負(fù)值。考慮到檢測誤差，這不違背煤炭在自然條件下會氧化變質(zhì)的特性，同時(shí)說明對于灰分大于40%的劣質(zhì)煙煤，在自然條件下儲存，煤質(zhì)不會發(fā)生劇烈的變化，也表明灰分的大小能夠有效影響試驗(yàn)樣品煤質(zhì)變化特性。

2.3煤質(zhì)各參數(shù)影響因素分析

由于試驗(yàn)時(shí)間和灰分等不同均可能影響煤質(zhì)變化特性，為了研究試驗(yàn)時(shí)間和灰分對煤質(zhì)變化的相關(guān)方向和相關(guān)程度，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)分析研究。

利用SPSS軟件對試驗(yàn)時(shí)間和發(fā)熱量變化值、揮發(fā)分變化值分別進(jìn)行了相關(guān)分析，由于試驗(yàn)時(shí)間不滿足正態(tài)分布，故而在分析過程的 “相關(guān)系數(shù)”選項(xiàng)框下選擇輸出“Spearman相關(guān)系數(shù)”。試驗(yàn)時(shí)間和灰分均會影響到變化特性，僅使用雙變量相關(guān)分析不能真實(shí)反映試驗(yàn)時(shí)間對煤質(zhì)變化的影響，所以使用偏相關(guān)分析進(jìn)行分析，在控制其他變量的線性影響下，分析變量間的線性相關(guān)，偏相關(guān)分析中選取 “干基灰分Ad”作為控制變量。分析結(jié)果見表2和表3。

表2　試驗(yàn)時(shí)間對Q和Vdaf變化影響的雙變量相關(guān)分析

由表2可知，試驗(yàn)時(shí)間與ΔQ、ΔVd之間的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為0.028、0.008，表明試驗(yàn)時(shí)間和ΔQ、ΔVd之間存在較弱的不完全相關(guān)。同時(shí)試驗(yàn)時(shí)間與ΔQ、ΔVd之間不相關(guān)的雙側(cè)顯著性值分別為0.511、0.841，均大于0.01，表明在0.01的顯著性水平上試驗(yàn)時(shí)間和ΔQ、ΔVd之間不相關(guān)。

由表3可知，在以 “干基灰分Ad”作為控制變量的條件下，試驗(yàn)時(shí)間和ΔQ與ΔVdaf之間的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.046、-0.009，表明試驗(yàn)時(shí)間與ΔQ、ΔVdaf之間存在較弱的不完全相關(guān)。試驗(yàn)時(shí)間與ΔQ、ΔVdaf之間的顯著性水平分別為0.271和0.825，因此可以認(rèn)為試驗(yàn)時(shí)間與ΔQ、ΔVdaf不存在相關(guān)關(guān)系。偏相關(guān)分析與雙變量相關(guān)分析結(jié)果一致，因此試驗(yàn)時(shí)間對高揮發(fā)分煙煤在自然條件下儲存的煤質(zhì)變化不產(chǎn)生影響。

表3　試驗(yàn)時(shí)間對Q和Vdaf變化影響的偏相關(guān)分析

與試驗(yàn)時(shí)間對發(fā)熱量和揮發(fā)分影響的分析過程一致，進(jìn)行了灰分對發(fā)熱量和揮發(fā)分的雙變量相關(guān)分析和偏相關(guān)分析。在進(jìn)行偏相關(guān)分析時(shí)，以 “試驗(yàn)時(shí)間”作為控制變量。雙變量相關(guān)分析和偏相關(guān)分析結(jié)果分別見表4和表5。

表4　灰分對Q和Vdaf變化影響的雙變量相關(guān)分析

表5　灰分對Q和Vd變化影響的偏相關(guān)分析

由表4可知，灰分對ΔQ和ΔVdaf的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為-0.252和-0.255，干基灰分與ΔQ和ΔVdaf存在一定的不完全相關(guān)。因?yàn)镾pearman相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，此相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，即煤中灰分增加，發(fā)熱量和揮發(fā)分的變化值會減少。同時(shí)Sig.（雙側(cè)）值均為0.000，小于0.01，表示在0.01的顯著性水平上否定了二者不相關(guān)的假設(shè)，即干基灰分Ad與ΔQ和ΔVdaf顯著相關(guān)。

由表5可知，Ad與ΔQ和ΔVdaf的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到-0.217和-0.259，雙側(cè)顯著性值也均為0.000，說明在以 “試驗(yàn)時(shí)間”為控制變量的偏相關(guān)分析中，Ad與ΔQ、ΔVdaf也顯著相關(guān)。與表4分析結(jié)果一致。

3　結(jié)論

（1）試驗(yàn)煤樣灰分與揮發(fā)分、發(fā)熱量存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)達(dá)到-0.935和-0.967。

（2）高揮發(fā)分煙煤全硫含量在不同放置時(shí)間前后無變化，且對其他參數(shù)幾乎無影響。

（3）10～60 d的試驗(yàn)時(shí)間幾乎不影響高揮發(fā)分煙煤煤質(zhì)變化程度，在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，發(fā)熱量降低值在200 J/g左右波動，揮發(fā)分降低值在0.40%波動。

（4）灰分的不同能夠顯著影響揮發(fā)分和發(fā)熱量的變化，隨著灰分含量的增加，發(fā)熱量和揮發(fā)分含量逐漸減少，變化程度也逐漸降低。

［1］ 劉生玉，田亞峻，尤先峰等.高揮發(fā)分煙煤的熱解、燃燒特性研究［J］.燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2002（1）

［2］ 王江榮，文暉，趙權(quán)斌.基于SPSS的貝葉斯逐步線性判別法在煤炭種類識別中的應(yīng)用 ［J］.選煤技術(shù)，2014（5）

［3］ 孫慶芳.基于SPSS軟件的重介質(zhì)旋流器分選主要工藝參數(shù)的模型研究 ［D］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)，2014

［4］ 梅曉仁，陳鵬，高永勝等.基于SPSS的煤質(zhì)發(fā)熱量相關(guān)因素分析及其回歸模型研究 ［J］.中國煤炭，2011（7）

（責(zé)任編輯 陶 賽）

Study on influence factors of quality variation for high volatility bituminous coal based on SPSS

Shen Chaofeng，Lu Chao，Wang Hougang，Zhang Lei，Zeng Bin，Qin Ling，Bao Jun
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 310030，China）

The experiment was conducted by using high volatility bituminous coals which has the content of dry ash-free volatile matter between 28%and 37%.The different ash content test samples were sealed for 10 to 60 days under the natural condition，and coal property data before and after the experiment，such as the ash content，volatile matter，calorific value，were obtained.SPSS was used to analyze the data.The analysis results showed that ash content is negatively correlated with volatile matter and calorific value，while volatile matter is positively correlated with calorific value，which indicated the interconnected changes between ash content，volatile matter and calorific value.Further analysis pointed out that test time is not related to volatile matter and calorific value changes，thus test time has no effect on coal quality variation of high volatile bituminous coal under natural conditions.There is significantly negative correlation of ash content to volatile matter and calorific value changes，verifying that ash could evidently affect coal quality variation process of high volatility bituminous coal.

bituminous coal，high volatility，coal quality，SPSS

TQ533

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沈朝峰（1987-），男，湖北來鳳人，工程師，碩士，研究方向?yàn)槊禾扛咝鍧嵗煤腿剂瞎芾怼?/p>