周龍萍

(山西焦煤集團(tuán) 質(zhì)量管理與監(jiān)督服務(wù)中心，山西 太原 030021)

煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的重要指標(biāo)之一。煤作為動力燃料，其發(fā)熱量越高，經(jīng)濟(jì)價值越高。煤在燃燒或氣化過程中，需要利用發(fā)熱量計算熱平衡、耗煤量和熱效率；燃煤鍋爐在選型設(shè)計時，需要根據(jù)用煤的平均發(fā)熱量計算燃料物料平衡等參數(shù)[1]，這些計算必須使用收到基低位發(fā)熱量。而氫含量是換算收到基低位發(fā)熱量不可缺少的指標(biāo)。

在煤質(zhì)分析中氫含量的檢測方法多用重量-電量法，測定精確度高，但測定過程比較費(fèi)時。因此，利用適宜的經(jīng)驗公式直接計算氫含量，對于準(zhǔn)確計算發(fā)熱量具有重要意義。

1 公式的選擇與驗證

許多煤質(zhì)指標(biāo)間存在著密切的相關(guān)關(guān)系，如煤的碳含量Cdaf隨著揮發(fā)分產(chǎn)率Vdaf的增高而降低；煤中氫含量隨揮發(fā)分的增高而增高，即氫含量高的煤，揮發(fā)分必然也高，反之，氫含量低的煤(如無煙煤)，其揮發(fā)分必然較低。 可利用這種不同指標(biāo)間的內(nèi)在關(guān)系作為審核煤質(zhì)分析結(jié)果的主要依據(jù)。

1.1 公式的選擇

由于地域不同，成煤條件和煤質(zhì)特征不同，可采用不同的氫含量計算公式。山西焦煤集團(tuán)主導(dǎo)產(chǎn)品為焦煤、肥煤、1/3焦煤等煤種的煙煤，從《煤炭化驗手冊》和《煤炭化驗結(jié)果審查與計算》中，選擇了適合煙煤氫值的8個公式：

(1)

日本對煉焦煤采用公式：

Hdaf=2.82+0.106Vdaf-0.000 8×(Vdaf)2

(2)

適用于無煙煤和Vdaf<24%的煙煤：

Hdaf=Vdaf/ (0.146 2Vdaf+1.112 4)

(3)

適用于Vdaf>24%且焦渣特征為3～8的煙煤：

Hdaf=Vdaf/ (0.143 6Vdaf+2.24)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：

Hdaf——干燥無灰基氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Aad——空氣干燥基灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Vdaf——干燥無灰基揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

St,d——干燥基全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Qgr,daf——干燥無灰基高位發(fā)熱量，MJ/kg；

TRDd——干燥煤的真相對密度。

1.2 公式優(yōu)劣驗證對比

以山西焦煤集團(tuán)2016年62個商品煤樣為研究對象，采用式(1)—(8)計算氫含量，并與實測值進(jìn)行對比。對對比結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表1.

表1 商品煤樣計算值與實測值差值對比統(tǒng)計表

從表1可以看出，式(1)優(yōu)于其他7個公式，接近實測值的數(shù)量最多，誤差≤0.30%的占90.3%，占比最高，誤差≤0.50%的占95.2%；式(3)誤差≤0.50%的是100%，但式(3)誤差≤0.30%的值只占到16.0%，即接近實測值的數(shù)量少，且這個公式只適用于Vdaf<24%的煤樣氫值的計算，有局限性，不適用于所有煙煤。

1.3 異常值分析

62組商品煤樣中共出現(xiàn)3個異常值，其他計算值與實測值差值波動在(-0.38～0.33).與實測值誤差>0.50%的3個數(shù)據(jù)情況見表2.

表2 式(1)計算值與實測值>0.50%的值統(tǒng)計表

采用其他方法驗證表2中3組數(shù)據(jù)中實測值是否存在異常。

1.3.1與過去值對比判斷實測值是否異常

1) 雙柳煤礦：肥煤，商品煤，2015年1、2季度值分別為5.11、5.01；2016年前3季度值分別為4.94、4.94、4.82，前5次平均值為4.96，極差為0.29，2016年4季度值為4.02，比最低值4.82低0.80，明顯異常。

2) 宜興煤業(yè)：肥煤，商品煤，2015年1、2季度值分別為5.13、5.09；2016年前3季度值為5.12、5.12、5.12，前5次平均值為5.12，極差為0.04，2016年4季度值為4.19，比最低值5.09低0.90，明顯異常。

3) 呂臨能化：1/3焦煤，商品煤，2015年1季度值為4.94,2016年為4.14，比2015年低0.80，明顯異常。

1.3.2根據(jù)我國氫含量變化范圍判斷

不同類別中含量的變化范圍，也可作為煤質(zhì)分析結(jié)果是否出現(xiàn)問題時的判斷依據(jù)。我國各類煤的氫含量Hdaf變化范圍見表3.

表3 不同煤類氫含量Hdaf的變化范圍表

從表3中變化范圍可以看出，肥煤值為4.80～6.60，雙柳煤礦和宜興煤業(yè)前5次值均在范圍內(nèi)，2016年4季度值為4.02、4.19，比下限值4.80低0.78與0.61；1/3焦煤范圍為4.70～5.80，呂臨能化2015年值正常，2016年為4.14，比下限值4.70低0.56，明顯異常。

表2中的3個異常值，不論與過去值對比，還是利用氫含量跟指標(biāo)間的內(nèi)在關(guān)系用經(jīng)驗公式得出的結(jié)果對比，還是跟各類煤的Hdaf變化范圍對比，均可看出明顯差異，應(yīng)核查，由于距離檢測時間較長，無法核查，分析剔除異常值。

用實測值與8個公式計算結(jié)果進(jìn)行對比，山西焦煤的煙煤用式(1)計算出氫值更接近實測值。

2 式(1)計算氫值的應(yīng)用

2.1 判定實測值

許多煤質(zhì)指標(biāo)間存在著密切的相互關(guān)系，可利用這種不同指標(biāo)間的內(nèi)在關(guān)系作為審核煤質(zhì)分析結(jié)果的主要技術(shù)依據(jù)。

一般來說，煤的氫含量Hdaf隨著揮發(fā)分Vdaf的增高而增高，灰分增高也會使氫值降低，當(dāng)揮發(fā)分和灰分與先前值差別大時，這種與先前值對比方法將失去優(yōu)勢。

式(1)可以作為煙煤氫含量煤質(zhì)分析結(jié)果是否出現(xiàn)問題時的判斷依據(jù)，可以確定一個接近于實測值的數(shù)值。

2.2 式(1)用于發(fā)熱量計算值與實測計算值對比

用式(1)得出氫含量來計算收到基低位發(fā)熱量，與用實測氫值計算的收到基低位發(fā)熱量進(jìn)行對比，分析對低位收到基發(fā)熱量值的影響。實際參與低位發(fā)熱量計算的氫值是空氣干燥基氫值Had，計算時將Hdaf換算成Had即可。

將2016年3季度商品煤用式(1)計算得出的氫值計算發(fā)熱量，與實測值進(jìn)行對比，共參與對比數(shù)為28組。結(jié)果對比見表4.

表4 商品煤經(jīng)驗公式計算結(jié)果與實測計算結(jié)果對比表

從表4的28組數(shù)據(jù)可以看出，氫含量有1組異常(序號為22)，氫含量實測值比計算值低0.93，在上文中已經(jīng)判斷過該值(表2中序號為3)為異常值，用異常實測氫含量偏低0.93左右的氫值計算發(fā)熱量值，比用經(jīng)驗公式計算出的氫含量計算出的低位發(fā)熱量高出150 J/g，超出實驗室的重復(fù)性限120 J/g.剔除這組數(shù)據(jù)，對另27組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

在27組數(shù)據(jù)中，氫含量的計算值與實測值差值在-0.38～0.33，發(fā)熱量差值在-40～60 J/g，低于重復(fù)性限為120 J/g，與用實測值計算得出的值相差小，產(chǎn)生的誤差在實驗室規(guī)定的重復(fù)性限范圍內(nèi)，接近于實測值，能夠滿足生產(chǎn)的需要。

3 結(jié) 論

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)與8個經(jīng)驗公式計算值對比得出：式(1)對于山西焦煤集團(tuán)商品煤來說，計算得出的氫值最接近實測值，誤差在0.3%以內(nèi)沒有超過同一煤樣不同試驗室的允許誤差，該公式有足夠的準(zhǔn)確性，可作為有檢測條件實驗室對測定值氫含量結(jié)果審核的判斷依據(jù)；式(1)中使用的參數(shù)少，對于無法進(jìn)行檢測氫含量的礦、廠，完全可以利用式(1)得出的氫值計算低位發(fā)熱量。因此，利用式(1)計算Hdaf含量具有一定實用價值。