煤中氫含量與灰分等關(guān)系研究

1、煤中氫含量與灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量關(guān)系的研究2008年我國(guó)煤炭貿(mào)易二十多億噸，其中動(dòng)力煤占百分之七十左 右，動(dòng)力煤大都以收到基低位發(fā)熱量作為計(jì)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)收到基低位發(fā)熱量計(jì)算公式(1): Qnet,v,ar=(Qgr,v,ad-206Had)*(100-M t)/(100-M ad)-23M t, (熱量單位：焦耳/克)可知，氫是計(jì)算收到基低位發(fā)熱量必不可少 的指標(biāo)。因此，煤中氫含量是經(jīng)常要用的指標(biāo)。煤中氫含量測(cè)定有多種標(biāo)準(zhǔn)方法 ，但都要使用儀器設(shè)備， 不僅成本較高，也比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)事。一般煤炭化驗(yàn)室，都沒(méi)有配備測(cè) 定氫元素的儀器，當(dāng)計(jì)算收到基低位發(fā)熱量需要?dú)渲禃r(shí)，往往通過(guò)工業(yè)分析結(jié)果計(jì)算等方法估

2、算氫值。許多煤炭檢驗(yàn)書籍上都會(huì)提供計(jì)算氫含量的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于僅僅計(jì)算低位發(fā)熱量需要?dú)渲禃r(shí)，本室也采用了有關(guān)書籍中氫含量經(jīng)驗(yàn) 公式，如對(duì)于Vdaf大于24%煙煤，我們使用如下經(jīng)驗(yàn)公式:Hd=(2.888+0.393*G-0.0023Ad)*，。對(duì)于無(wú)煙煤和 Vdaf 小于24%的煙煤，我們采用如下經(jīng)驗(yàn)公式:24%的煙煤，我們采用如下經(jīng)驗(yàn)公式:_Vdaf*100 -Add 00.1462Vdaf 1.1124100經(jīng)過(guò)日常工作驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)計(jì)算得到的氫值與實(shí)際測(cè)得的氫值有較大差異，分別見(jiàn)表一，表二。從表一、表二可以看出，本室目前所用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)際 測(cè)量值有顯著差異。對(duì)于Vdaf大于24

3、%煙煤，所有計(jì)算值都大于實(shí)測(cè)值，最低高0.16%,最高高 1.00%,按照 Qnet,v,ar=(Qgr,v,ad-206Had)*(100-M t)/(100-Mad)-23Mt,(熱量單位：焦耳/克)，或者 Qnet,v,ar=Qgr,v,ar-49.26*(Hd*(100-Mt)/100+0.1117 Mt),卡/克(熱量單位：卡/克)計(jì)算，最少相差7卡位，最大相差43卡/克左右，平均相差約 25卡/克。對(duì)于無(wú)煙煤和Vdaf小于24%的煙煤，絕大部分計(jì)算值比實(shí)測(cè)值 高：在28個(gè)樣品中，只有一個(gè)計(jì)算值比實(shí)測(cè)值高0.18%, 一個(gè)等于實(shí)測(cè)值，其余都高于實(shí)測(cè)值，最大高 2.16%,此時(shí)，低位發(fā)

4、熱量相差 約100卡/克。作為一般煤炭用戶的實(shí)驗(yàn)室，檢驗(yàn)結(jié)果僅僅作為參考，低位發(fā)熱 量這種程度的差值可以接受，但是，作為公正機(jī)構(gòu)、權(quán)威部門，本室 使用的經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)該修改。一、 實(shí)驗(yàn)器材一般煤焦實(shí)驗(yàn)室設(shè)備如天平、干燥器以及LECO CHN-2000碳?xì)涞獪y(cè)定儀PARR6300 熱量?jī)xLECO S-144Dr 定硫儀干燥箱、馬弗爐 符合GB/T212的要求二、實(shí)驗(yàn)步驟.按照GB/T212-2001測(cè)定煤的水分、灰分、揮發(fā)分.按照SN/T1083.3-2001測(cè)定煤的硫分.按照GB/T213-2003測(cè)定煤的發(fā)熱量.按照ISO12902-2001 (E)測(cè)定煤的氫含量三、數(shù)據(jù)分析因?yàn)闅浜颗c揮發(fā)分大

5、小有很大關(guān)系，為了便于分析，按照Vd大小將樣品分成兩組：第一組，無(wú)煙煤、噴吹煤 2.30%Vd11.54%, 第二組，煙煤 26.29%Vd36.40%;對(duì)于 11.54%Vd26.29%的煙煤, 因?yàn)榇蠖鄶?shù)作為煉焦用煤，還沒(méi)有遇見(jiàn)需要發(fā)熱量的情況，所以不做 研究。1.無(wú)煙煤、噴吹煤煤中氫含量與煤的揮發(fā)分、灰分有一定的關(guān)系，至于是干基還是 干燥無(wú)灰基等線性關(guān)系更好，可以通過(guò)最小二乘法求其相關(guān)系數(shù)。 對(duì) 第一組中氫含量與煤的揮發(fā)分、灰分含量進(jìn)行直線擬合，其相關(guān)系數(shù) 見(jiàn)下表：相關(guān)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)相關(guān)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Hd-V d-Ad0.67H daf- V daf0.65Hd-Vd0.66Hdaf-，Vd

6、0.64Hd- Wd0.65Hd- V Vdaf0.60Hd-V daf0.60Hdaf- Ad-0Vd0.65Hdaf- V d0.65從上表可以看出，氫含量與煤的揮發(fā)分、灰分含量確實(shí)有一定相 關(guān)性，但線性關(guān)系不是很好，如果以此推導(dǎo)出經(jīng)驗(yàn)公式，會(huì)出現(xiàn)多數(shù) 計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)定結(jié)果有顯著差別的情況， 所以，這樣的經(jīng)驗(yàn)公式 不太理想。煤的發(fā)熱量主要來(lái)自于煤中碳元素和氫元素燃燒后產(chǎn)生的熱量， 相同的碳、氫含量，后者的熱量是前者的 3.5倍以上。所以，推導(dǎo)氫 含量的經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，也可以把發(fā)熱量的影響考慮進(jìn)去，而灰分的影響可以通過(guò)干燥無(wú)灰基這種基態(tài)來(lái)體現(xiàn)， 因此，可以不直接考慮灰分的 影響。據(jù)此，我們只考

7、察氫含量與揮發(fā)分、發(fā)熱量的相關(guān)性。對(duì)第一組中氫含量與煤的揮發(fā)分、發(fā)熱量進(jìn)行直線擬合，其相關(guān)系數(shù)見(jiàn)下表:相關(guān)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)相關(guān)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Hd- V daf -Qd0.86H daf- V daf - Qd0.80Hd- Wdaf - Qd0.85H daf - 4 Vdaf - J Qdaf0.969Hd- %Vdaf - Qdaf0.95H daf- V daf - Qdaf0.967Hd- V daf - Qdaf0.973從上表可以看出，Hd- Vdaf - Qdaf相關(guān)系數(shù)最大，達(dá)到0.973,而Hdaf - .Vdaf - Qdaf 相關(guān)系數(shù)為 0.969、 Hdaf- V daf -

8、 Qdaf相關(guān)系數(shù)為0.967, 計(jì)算也稍微復(fù)雜些。因此，我們選取 Hd- Vdaf - Qdaf的關(guān)系，采用最小 二乘法推導(dǎo)出氫含量經(jīng)驗(yàn)公式為：此時(shí)，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)值為451。當(dāng)顯著性水平為0.05時(shí)，查表F (2, 25) 為3.38, F統(tǒng)計(jì)值遠(yuǎn)大于F (2, 25),這表明：偶然發(fā)生的相關(guān)系數(shù) 高達(dá)0.973可能性很小。用T統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)Vdaf、Qdaf的斜率系數(shù)是否可以計(jì)算 Hd。對(duì)于Vdaf 來(lái)說(shuō)，t=8.55;對(duì)于 Qdaf來(lái)說(shuō)，t=18.57。查表,臨界值t=2.06,所有 計(jì)算t值都大于臨界值，這表明對(duì)于 Hd來(lái)說(shuō)，Vdaf、Qdaf是顯著性變 量。2.煙煤將最近三年檢測(cè)過(guò)氫含量的動(dòng)力煤

9、 212批，作為第二組，按照推導(dǎo)無(wú)煙煤、噴吹煤氫含量的思路，對(duì)第二組中氫含量與煤的揮發(fā)分、發(fā)熱量進(jìn)行直線擬合，其相關(guān)系數(shù)見(jiàn)下表：相關(guān)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)相關(guān)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Hd- Vd- Qd0.66Hdaf- V d- Qdaf0.76Hd- Vd- JQd0.66Hdaf- V daf - Qdaf0.881Hd- V d- Qdaf0.877Hd- Vd2 - Qd0.67Hd- Vdaf - Qd0.80Hd- V d2-Qdaf0.880Hd- Vdaf - Qdaf0.68Hdaf- V d2-Qdaf0.76Hdaf - Vd-Qd0.25Hd - Vd3-Qdaf0.881Hdaf - V

10、daf - Qd0.48Hd- V daf2- Qdaf0.69從上表可以看出，Hd - Vd3-Qdaf和Hdaf- Vdaf - Qdaf相關(guān)系數(shù)最大, 都為0.881,但Hdaf- Vdaf - Qdaf計(jì)算的是Hdaf,不如前者直接。因此， 我們選取Hd - Vd3-Qdaf的關(guān)系，采用最小二乘法推導(dǎo)出氫含量經(jīng)驗(yàn)公 式為：此時(shí)，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)值為771。當(dāng)顯著性水平為0.05時(shí)，表上無(wú)法查出F (2, 208),但 F (2, 208)遠(yuǎn)大于 F (2, 100),查表得 F (2, 100) 為3.09,因此，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)值遠(yuǎn)大于F (2, 208),這表明：偶然發(fā)生的相 關(guān)系數(shù)達(dá)0.881可能性

11、很小。用T統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)Vd3、Qdaf的斜率系數(shù)是否可以計(jì)算 Hd。對(duì)于Vd3 來(lái)說(shuō)，t =32.92;對(duì)于 Qdaf來(lái)說(shuō)，t=25.29。查表,臨界值t=1.97,所有 計(jì)算t值都大于臨界值，這表明對(duì)于 Hd來(lái)說(shuō)，Vd3、Qdaf是顯著性變 量。四、結(jié)論1,對(duì)于2.30%Vd11.54%的無(wú)煙煤、噴吹煤，按照新推導(dǎo)的經(jīng) 驗(yàn)公式計(jì)算的氫值與實(shí)測(cè)值差值范圍在-0.38%0.36位間，稍高于不 同實(shí)驗(yàn)室之間0.25%的勻差，但優(yōu)于原計(jì)算方法與實(shí)測(cè)值之間-2.16%0.18%差值。因此，當(dāng)樣品的 Vdaf在 2.74%13.01%之間，Qdaf 在7390卡/克8615卡/克之間，運(yùn)用新推導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)公式能

12、計(jì)算出比較 理想的氫值。.對(duì)于26.29%Vd36,40%的動(dòng)力煤，按照新推導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì) 算的氫值與實(shí)測(cè)值差值范圍在-0.19%0.18%之間，優(yōu)于不同實(shí)驗(yàn)室之 間0.25%的勻差，更優(yōu)于原計(jì)算方法與實(shí)測(cè)值之間 -0.16%-1.00%差 值。因此，當(dāng)樣品的Vd在26.29%36.40位間，Qdaf在7208卡/克8115 卡/克之間，運(yùn)用新推導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)公式能計(jì)算出比較理想的氫值。.本研究中引入Qdaf參與氫含量的計(jì)算，既體現(xiàn)了灰分對(duì)計(jì)算氫 含量的影響，更重要的是考慮了氫含量與發(fā)熱量的關(guān)系，氫含量大小直接影響了發(fā)熱量的高低。這一點(diǎn)，其它經(jīng)驗(yàn)公式中很少能夠體現(xiàn)。 這可能是以本研究得到的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算氫含量與實(shí)測(cè)值比較接近的 原因。參考資料GB/T213-2008煤的發(fā)熱量測(cè)定方法GB/T476-2008煤中碳和氫的測(cè)定方法ASTM D 5373-08 Standard test methods for instrumental determination of c