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        曹家灘煤灰分和水分對(duì)發(fā)熱量影響的理論與實(shí)驗(yàn)研究

        2022-11-09 08:34:44劉佳儀李治霖侯玲梅
        煤化工 2022年5期
        關(guān)鍵詞:發(fā)熱量榆林化驗(yàn)

        劉佳儀,李治霖,侯玲梅

        (陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司,陜西 榆林 719000)

        煤是人類生活和生產(chǎn)中使用的主要燃料,也是眾多化工產(chǎn)品的原料,隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,煤炭需求量與日俱增。根據(jù)煤的使用目的,將其分為燃料煤和非燃料煤,我國(guó)燃料煤的消耗量大約占煤炭總消耗量的1/3。發(fā)熱量是煤炭燃燒質(zhì)量最重要的指標(biāo),也是煤炭計(jì)價(jià)的重要依據(jù),影響著能源利用率、電廠運(yùn)行及發(fā)電成本等[1-2],發(fā)熱量還作為氣化和燃燒過(guò)程中熱效率、熱平衡和煤耗量的重要參數(shù)[3],是工況調(diào)整的重要參考。因此,準(zhǔn)確快速測(cè)定煤炭發(fā)熱量對(duì)減少經(jīng)濟(jì)損失和保障安全生產(chǎn)具有雙重意義。

        陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司在日常分析化驗(yàn)中,通常根據(jù)GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》測(cè)定煤的發(fā)熱量,但該方法耗時(shí)長(zhǎng)、測(cè)試速度慢、操作復(fù)雜、工作效率低等,無(wú)法快速判定發(fā)熱量。本文以榆林曹家灘煤為研究對(duì)象,利用最小二乘法,推導(dǎo)出煤樣低位發(fā)熱量與全水分、干基灰分的模擬方程,并討論了全水分、干基灰分對(duì)煤樣低位發(fā)熱量的影響,可為實(shí)際化驗(yàn)和生產(chǎn)提供重要的理論參考,現(xiàn)介紹如下。

        1 實(shí) 驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

        實(shí)驗(yàn)中使用的儀器如表1所示。

        表1 實(shí)驗(yàn)儀器

        1.2 建立數(shù)學(xué)模型

        選取10組曹家灘煤的全水分、干基灰分和低位發(fā)熱量化驗(yàn)數(shù)據(jù),如表2所示。根據(jù)相關(guān)資料[4]和表2,曹家灘煤收到基低位發(fā)熱量與干基灰分、全水分存在線性關(guān)系,可用式(1)表示:

        表2 曹家灘煤的全水分、干基灰分和低位發(fā)熱量

        式中:Qnet,ar表示收到基低位發(fā)熱量,MJ/kg。

        采用最小二乘法建立回歸方程,得到的函數(shù)的k1、k2、b值見(jiàn)表3,回歸分析見(jiàn)表4,方差分析見(jiàn)表5。

        表3 函數(shù)的k1、k2、b值

        表4 回歸分析

        表5 方差分析

        由表3可知,k1=-0.254 74、k2=-0.322 37,故式(1)可變?yōu)槭剑?):

        由式(2)可知,當(dāng)灰分一定時(shí),低位發(fā)熱量隨水分的增大而減小;當(dāng)水分一定時(shí),低位發(fā)熱量隨灰分的減小而增大。

        由表4可知,函數(shù)的相關(guān)系數(shù)R2=0.993 683,表明全水分、灰分與低位發(fā)熱量存在良好的線性關(guān)系。

        采用F分布檢驗(yàn)回歸方程的顯著性,通過(guò)查F界值表可得F0.01(2,7)=9.55。由表5可知,統(tǒng)計(jì)值為550.566 3,大于9.55,說(shuō)明全水分、干基灰分與低位發(fā)熱量存在顯著的線性關(guān)系,表明該方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用t檢驗(yàn)法,給定置信度α=0.05、t0.01(7)=2.998 0,通過(guò)表3數(shù)據(jù)計(jì)算得到6.456、均大于2.998 0,表明全水分和干基灰分對(duì)低位發(fā)熱量有顯著影響。

        1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

        選取10組曹家灘煤低位發(fā)熱量的實(shí)測(cè)值與擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知,實(shí)測(cè)值與理論值的絕對(duì)值誤差小于0.3 MJ/kg,符合GB/T 213—2008中關(guān)于低位發(fā)熱量再現(xiàn)性臨界差的要求,進(jìn)一步表明該模擬方程的準(zhǔn)確性。

        表6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合數(shù)據(jù)對(duì)比

        2 全水分、干基灰分對(duì)低位發(fā)熱量的影響

        為進(jìn)一步說(shuō)明全水分、干基灰分對(duì)煤低位發(fā)熱量的影響,另外選取煤樣測(cè)定其全水分、干基灰分和低位發(fā)熱量。

        2.1 全水分對(duì)低位發(fā)熱量的影響

        煤樣低位發(fā)熱量與全水分的關(guān)系見(jiàn)圖1。

        圖1 煤樣低位發(fā)熱量與全水分的關(guān)系

        由圖1可知,在相同條件下,煤樣的低位發(fā)熱量隨著全水分的減小而增大,且低位發(fā)熱量與全水分間有良好的線性關(guān)系,全水分每增加1個(gè)百分點(diǎn),低位發(fā)熱量減小約0.25 MJ/kg。這是由于在燃燒過(guò)程中,全水分隔絕了煤與空氣的接觸,使煤燃燒不充分,進(jìn)而導(dǎo)致其低位發(fā)熱量降低。

        2.2 干基灰分對(duì)低位發(fā)熱量的影響

        煤樣低位發(fā)熱量與干基灰分的關(guān)系見(jiàn)圖2。

        圖2 煤樣低位發(fā)熱量與干基灰分的關(guān)系

        由圖2可知,在相同條件下,煤樣的低位發(fā)熱量隨著干基灰分的減小而增大,且低位發(fā)熱量與干基灰分間有良好的線性關(guān)系,干基灰分每增加1個(gè)百分點(diǎn),低位發(fā)熱量減小約0.25 MJ/kg。這是因?yàn)閷?duì)于一定質(zhì)量的煤,灰分越大,表明其有效燃燒組分越少,煤燃燒所放出的熱量就越少。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        通過(guò)數(shù)學(xué)建模,對(duì)全水分、干基灰分與煤樣低位發(fā)熱量的關(guān)系進(jìn)行線性回歸分析和驗(yàn)證,結(jié)果為煤的低位發(fā)熱量分別與全水分、干基灰分呈負(fù)相關(guān);全水分或干基灰分每增加1個(gè)百分點(diǎn),低位發(fā)熱量減小約0.25 MJ/kg。本文得到的曹家灘煤全水分、干基灰分與煤低位發(fā)熱量的通式,可為公司日常化驗(yàn)發(fā)熱量提供參考,滿足對(duì)發(fā)熱量快速測(cè)定的需求。

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