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        河南地區(qū)動力煤發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型的建立及評價

        2021-01-05 08:33:48劉松洋石素娟李國超
        科技視界 2020年36期
        關(guān)鍵詞:氧彈發(fā)熱量化驗

        劉松洋 石素娟 李國超

        (平頂山姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467000)

        0 引言

        煤的發(fā)熱量對于燃煤發(fā)電企業(yè)是一項重要的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo),不僅是商品煤計價的主要依據(jù),也是影響鍋爐安全高效運行的重要參數(shù)。 眾所周知,煤炭采購占燃煤發(fā)電企業(yè)發(fā)電總成本的70%左右。 因此,燃煤發(fā)電企業(yè)和煤炭生產(chǎn)供應(yīng)商均高度重視煤的發(fā)熱量檢測結(jié)果,煤的發(fā)熱量也是燃煤發(fā)電企業(yè)和煤炭供應(yīng)商在燃料管理過程中重點監(jiān)督的內(nèi)容。

        目前, 煤的發(fā)熱量主要依靠氧彈熱量計直接測定或模擬計算。 氧彈熱量計的測定方法是選用已知熱容量的氧彈熱量計, 稱取一定質(zhì)量煤樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)充分燃燒,根據(jù)量熱系統(tǒng)的溫升,進(jìn)行熱校正后最終得到發(fā)熱量測定結(jié)果, 這種測定法在燃煤發(fā)電企業(yè)已經(jīng)推廣普及。模擬計算是通過煤的全水分、工業(yè)分析、 全硫及元素分析等數(shù)據(jù)進(jìn)行建模并計算煤的發(fā)熱量, 該方法在某些無法進(jìn)行發(fā)熱量實測的企業(yè)得到較多的應(yīng)用[1],同時也應(yīng)用于對氧彈熱量計檢測結(jié)果的比對校核。氧彈熱量計測定結(jié)果的準(zhǔn)確性受環(huán)境溫度、內(nèi)外桶水溫、充氧壓力及操作規(guī)范等諸多因素的影響,在日常管理中需對其結(jié)果進(jìn)行監(jiān)督校核。 通過建模模擬計算煤的發(fā)熱量, 可以方便地計算燃煤發(fā)熱量并對燃煤發(fā)熱量測定結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行監(jiān)督校核。

        本文選用河南地區(qū)150 個不同礦點或批次的動力用煤,檢測其全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、全硫及發(fā)熱量,對檢測結(jié)果進(jìn)行回歸分析,建立了適用于河南地區(qū)動力煤發(fā)熱量的數(shù)學(xué)模型,利用數(shù)學(xué)模型的計算值與氧彈熱量計的實測值進(jìn)行比較分析,驗證該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和實用性。

        1 模型的建立

        本文統(tǒng)計了河南地區(qū)150 個不同礦點或批次的煤樣,所選取煤樣盡可能覆蓋河南地區(qū)各個礦點。 將所選取煤樣分別進(jìn)行采樣、制樣及化驗。 化驗項目包括全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、全硫及發(fā)熱量。

        將化驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,考慮到數(shù)學(xué)模型對于煤炭企業(yè)的實用性,盡可能將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化。 模型采用多元線性回歸方法,以影響燃煤收到基低位發(fā)熱量計算結(jié)果的參數(shù) (全水分Mt、 空氣干燥基水分Mad、干燥基灰分Ad、干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf、干燥基全硫 St,d)為自變量,以收到基低位發(fā)熱量 Qnet,ar(J/g)(以下簡稱發(fā)熱量)為因變量,得到線性回歸方程。

        令:y=Qnet,at,x1=Mt,x2=Mad,x3=Ad,x4=Vdaf,x5=st,d。

        建立線性回歸方程:

        y=a+bx1+cx2+dx3+ex4+fx5

        將采集的150 個煤樣的化驗結(jié)果進(jìn)行計算,求解結(jié)果如下:

        Qnet,ar=32 731-300Mt-165Mad-330Ad+5.7Vdaf+251St,d

        此方程相關(guān)性系數(shù)R2=0.997,接近于1,且F=9 080,說明具有較強(qiáng)的顯著性。

        2 模型的檢驗

        數(shù)學(xué)模型建立完成后,需進(jìn)行模型檢驗。 選取河南地區(qū)某一燃煤電廠為研究對象, 隨機(jī)抽取10 個批次的入廠煤,按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全水分Mt(%)、空氣干燥基水分 Mad(%)、干燥基灰分 Ad(%)、干燥無灰基揮發(fā)分 Vdaf(%)、干燥基全硫 St,d、收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar(J/g)的測定。 將發(fā)熱量 Qnet,ar的實測值與模型計算值進(jìn)行對比,結(jié)果如表1 所示。

        從表1 可知,發(fā)熱量實測值與數(shù)學(xué)模型計算值的差值絕對值最小為-22 J/g, 最大值為239 J/g。 根據(jù)GB/T 213—2008[2]規(guī)定,煤的發(fā)熱量測定再現(xiàn)性臨界差為300 J/g,數(shù)學(xué)模型的計算值與實測值的差距均小于此再現(xiàn)性臨界差。 因此,可初步判斷數(shù)學(xué)模型具有比較高的準(zhǔn)確性。

        參照GB/T 19494.3—2004[3],對發(fā)熱量實測值與數(shù)學(xué)模型計算值進(jìn)行統(tǒng)計分析,發(fā)熱量的差值平均值d=90,標(biāo)準(zhǔn)差sd=120.5020,并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計。 將煤的發(fā)熱量測定標(biāo)準(zhǔn)GB/T 213—2008 給出的再現(xiàn)性臨界差300 J/g 為最大允許偏倚值,即B=300,進(jìn)行t 檢驗,結(jié)果如下

        由 GB/T 19494.3 表 12, 查得自由度 n-1=9 情況下單尾 tβ=1.833,即 tnz>tβ,證明差值平均值顯著小于發(fā)熱量的再現(xiàn)性臨界差, 可接受為不存在實質(zhì)性偏倚。說明該發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型具有一定的正確性和實用性,可以較為準(zhǔn)確地計算河南地區(qū)煤的發(fā)熱量。

        與0 有顯著性差異檢驗結(jié)果如下:

        由 GB/T 19494.3 表 12, 查得自由度 n-1=9 情況下雙尾 tα=2.262,即 tz>tα,證明不能接受為無偏倚,即存在小于300 的偏倚。這也說明數(shù)學(xué)建模與實測值比起來還是存在一定的差距, 盡管這樣的差距并不大,但是并不能被忽略。這可能是本文數(shù)學(xué)模型所選取樣本數(shù)為150,無法做到完全覆蓋河南地區(qū)所有煤種情況。 河南地區(qū)煤炭種類相對豐富,單一的數(shù)學(xué)模型難以做到對所有煤種都具有較高的適應(yīng)性,所以數(shù)學(xué)模型的計算值與實測值始終存在一定的差距。

        對于燃料管理工作者而言,在開展發(fā)熱量日常化驗的同時,利用數(shù)學(xué)模型對化驗結(jié)果進(jìn)行檢驗,以此快速判斷發(fā)熱量化驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。燃煤發(fā)電企業(yè)及煤炭生產(chǎn)企業(yè)普遍采用發(fā)熱量實測值作為結(jié)算計價依據(jù),數(shù)學(xué)模型的建立對煤質(zhì)監(jiān)督具有一定的借鑒意義, 可作為河南地區(qū)煤炭質(zhì)量檢驗的輔助監(jiān)督方法,從而在企業(yè)煤炭管理工作中發(fā)揮作用。

        3 結(jié)論

        研究選取150 個河南地區(qū)動力煤,通過煤的全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、全硫及發(fā)熱量的化驗結(jié)果,建立河南地區(qū)動力煤的發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型。通過實際應(yīng)用驗證,證明該數(shù)學(xué)模型具有較高的準(zhǔn)確性,可推薦作為河南地區(qū)燃煤電廠及煤炭生產(chǎn)企業(yè)煤炭質(zhì)量檢驗的輔助監(jiān)督方法,有利于企業(yè)煤炭管理工作水平的提高。

        表1 發(fā)熱量實測值與計算值比對

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