淺析煤的發(fā)熱量與灰分相關(guān)性

夏瑛

摘 要：隨著煤炭資源的需求越來(lái)越大，對(duì)煤炭的研究也就是更加廣泛。相對(duì)于煤炭而言，發(fā)熱量以及灰分是研究的兩個(gè)重要課題，但是這二者之間究竟存在怎樣的相關(guān)性，更是研究者重視的一個(gè)方面。文章就是通過(guò)50組煤炭發(fā)熱量和灰分兩個(gè)數(shù)據(jù)分析二者相關(guān)性，從而構(gòu)建出二者的回歸模型，同時(shí)檢驗(yàn)回歸模型的實(shí)用性，為相關(guān)研究人士提供參考的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤炭；發(fā)熱量；灰分

1 概述

所謂的發(fā)熱量也就是單位質(zhì)量中煤炭完全燃燒時(shí)，產(chǎn)生出來(lái)的所有熱量，這種熱量不但屬于評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量的一個(gè)重要的指標(biāo)，還是動(dòng)力用煤上對(duì)使用煤炭的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)中重要參數(shù)。而灰分且是衡量煤質(zhì)特性及運(yùn)用煤炭的重要指標(biāo)。因?yàn)榘l(fā)熱量和灰分之間存在一定依賴關(guān)系，所以研究二者的相關(guān)性具有實(shí)際意義。

2 構(gòu)建回歸模型的必要性

煤炭的品種比較多，主要有洗混煤、塊精煤以及篩混煤等等，其中篩混煤、洗混煤大多數(shù)使用在電廠中，因電廠動(dòng)力中所用煤的數(shù)量與品種都無(wú)法確定，而且運(yùn)輸也不集中，所以銷售方一定要能夠快速、準(zhǔn)確的報(bào)出灰分、發(fā)熱量等相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，才能夠依據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量以及結(jié)算煤款。對(duì)于煤炭而言，測(cè)定灰分過(guò)程比較簡(jiǎn)單，而且誤差也不大，但是測(cè)定煤炭發(fā)熱量，因?yàn)槭艿交?yàn)人員較少、項(xiàng)目多等各種因素影響，根本無(wú)法及時(shí)報(bào)出所測(cè)定的發(fā)熱量，并且還存在極大的誤差，就會(huì)為化驗(yàn)人員的復(fù)查造成極大麻煩。在實(shí)際操作中，主要所報(bào)的發(fā)熱量存在錯(cuò)誤，不僅僅要被巨額罰款，更會(huì)影響到供應(yīng)商的信譽(yù)度，甚至影響到煤礦生產(chǎn)上的銷售，造成極大的損失。因此，怎樣才能夠快捷、準(zhǔn)確的測(cè)出煤炭的自身發(fā)熱量，是生產(chǎn)煤炭企業(yè)的重要課題。通過(guò)相關(guān)人士反復(fù)進(jìn)行測(cè)算，發(fā)現(xiàn)構(gòu)建定量關(guān)系的回歸方程，就能夠有效針對(duì)各種煤炭的灰分和發(fā)熱量之間進(jìn)行相關(guān)性分析，有效降低所測(cè)發(fā)熱量存在誤差。

3 構(gòu)建煤炭發(fā)熱量和灰分的相關(guān)關(guān)系

在研究發(fā)熱量和灰分之間的關(guān)系，所選用煤樣不管是品種還是煤種都比較多，而且所顯示出來(lái)的灰分絕大部分處于10%～40%之間，所以文章所選用的煤炭數(shù)據(jù)是煤樣劃分煤種和品種的，也就是從2013年8月份煤炭數(shù)據(jù)庫(kù)中隨便截取出50組數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 50組發(fā)熱量和灰分?jǐn)?shù)據(jù)

依據(jù)表1中50組的原始數(shù)據(jù)畫(huà)出發(fā)熱量和灰分的相關(guān)散點(diǎn)圖形，如圖1所示。

從圖1中就能夠看出來(lái)，分布的散點(diǎn)大致上呈現(xiàn)出直線形，這就表明發(fā)熱量和灰分之間存在線性的相關(guān)性。文章中設(shè)定相關(guān)系數(shù)為R，且R屬于一個(gè)位于+1-1間發(fā)生變動(dòng)數(shù)據(jù)，而R絕對(duì)值和1較接近，那么其線性關(guān)系就較為密切，一般情況下R絕對(duì)值超過(guò)0.8時(shí)，就可以認(rèn)為發(fā)熱量和灰分之間存在高度相關(guān)。如果絕對(duì)值是1時(shí)，那么各個(gè)點(diǎn)就全部落到了一條直線上，如果絕對(duì)值是0時(shí)，就表明這二者之間不存在相關(guān)性。采用辦公軟件中的Excel詳細(xì)計(jì)算所選用50組數(shù)據(jù)，就能獲得相關(guān)系數(shù)R是：

在該式中，xi，yi分別代表中表中灰分值與發(fā)熱值，而x，y且代表了灰分值平均值，以及發(fā)熱量平均值。通過(guò)計(jì)算結(jié)果還能夠發(fā)現(xiàn)，其絕對(duì)值為0.94，從這個(gè)數(shù)據(jù)就可以看出發(fā)熱量值和灰分值之間存在高度相關(guān)性，從而就能夠構(gòu)建出二者相關(guān)的關(guān)系模型。

4 構(gòu)建回歸方程

4.1 建立方程

設(shè)該回歸方程是y=a+bx，依據(jù)最小二乘法原理確定出求解a，b的方程組。最小二乘法也就是從一群數(shù)據(jù)之中，讓所有數(shù)據(jù)的偏差平法之和最小的數(shù)和這群數(shù)據(jù)真值接近。因此構(gòu)建發(fā)熱量和灰分的相關(guān)性時(shí)，就要確保各個(gè)數(shù)據(jù)的偏差平方和是最小，從而構(gòu)建出方程組是：

對(duì)這50組數(shù)據(jù)采取詳細(xì)計(jì)算，獲取到方程組及答案：

中就能夠得到：y=33.3825-0.4615x。

通過(guò)這個(gè)方程所獲取到數(shù)據(jù)y，也就是依據(jù)灰分值經(jīng)過(guò)計(jì)算獲取到估計(jì)的發(fā)熱量值y，該公式主要體現(xiàn)出來(lái)的意義為，如果灰分位于10～40%范圍之間時(shí)，灰分增加1%，那么其發(fā)熱量就會(huì)隨之下降約為0.4615MJ/kg。

4.2 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差S進(jìn)行估計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)誤差S進(jìn)行估計(jì)的公式是：

在這個(gè)式子中，yi也就是發(fā)熱量的實(shí)際測(cè)量值，而依據(jù)回歸方程進(jìn)行計(jì)算所獲得估計(jì)發(fā)熱量值為y，S表示估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差。

但是文章所研究的相關(guān)性并沒(méi)有考慮到同一個(gè)煤礦區(qū)域或者相近的品種煤種硫分與揮發(fā)對(duì)發(fā)熱量所造成的影響。因此在實(shí)際操作中，為了有效降低存在的誤差，就應(yīng)該針對(duì)具體的某個(gè)礦井依據(jù)各個(gè)礦區(qū)化驗(yàn)的數(shù)據(jù)，有效確定出發(fā)熱量和灰分之間的定量關(guān)系，在實(shí)際詳細(xì)計(jì)算中就是將誤差降低至200J/g以下，而且還需要定期驗(yàn)證關(guān)系式中的各個(gè)常數(shù)系數(shù)，一定要確保該關(guān)系式的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)還要依據(jù)實(shí)測(cè)值和計(jì)算值之間的差值大小對(duì)煤樣的灰分和發(fā)熱量進(jìn)行判斷，判斷這二者之間是否存在一致性，還要對(duì)該判斷來(lái)審查核對(duì)化驗(yàn)結(jié)果。一旦連續(xù)或者偶爾的差值超過(guò)了規(guī)定值，就表明煤炭性質(zhì)構(gòu)成出現(xiàn)了一定變化，或者所測(cè)定的結(jié)果出現(xiàn)了出入。因此在實(shí)際的使用中一定要對(duì)情況進(jìn)行詳細(xì)分析，查明原因。

4.3 對(duì)回歸方程的檢驗(yàn)

為了對(duì)該回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，核對(duì)其準(zhǔn)確性，就選用煤炭進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)定值和計(jì)算值做相應(yīng)比較。在洗混煤樣中，最小的計(jì)算誤差是0.001MJ/kg，而最大的計(jì)算誤差是0.27MJ/kg。通過(guò)篩混煤中最小的計(jì)算誤差是0.001MJ/kg，而最大的計(jì)算誤差是0.28MJ/kg。這兩種煤樣所獲取的計(jì)算誤差都是通過(guò)了不同的化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)，所獲取值都在允許誤差中。從而可知，該回歸方程的預(yù)測(cè)誤差較小，而且精度高，能夠用煤樣中灰分指標(biāo)對(duì)發(fā)熱量進(jìn)行預(yù)測(cè)。某煤礦從2014年的1月開(kāi)始采用該回歸方程驗(yàn)算每一個(gè)批次的煤炭發(fā)熱量，一旦發(fā)現(xiàn)有不符合計(jì)算結(jié)果的煤樣就查找存在的原因，發(fā)現(xiàn)有一些根源在于量熱儀的工作不正常，有一些是因?yàn)榛?yàn)人員的操作不當(dāng)或馬虎造成誤差。該煤礦公司有針對(duì)性進(jìn)行整治，通過(guò)半年的治理后，在8月份抽檢煤炭，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)還存在發(fā)熱量超差的問(wèn)題，有效避免一定經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

事實(shí)上，煤炭的發(fā)熱量和多種煤質(zhì)的指標(biāo)比如灰分、水分等都存在一定關(guān)系，而且煤炭組成與結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的、多樣的，所以采用計(jì)算公式是不可能完全替代實(shí)驗(yàn)室測(cè)定發(fā)熱量，但是該計(jì)算公式能夠適應(yīng)在工業(yè)分析數(shù)據(jù)上，能夠幫助工業(yè)上有效分析發(fā)熱量。文章通過(guò)50組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較獲取到回歸方程，并且從中截取出數(shù)據(jù)構(gòu)建做標(biāo)準(zhǔn)，就能夠發(fā)現(xiàn)灰分值位于10～40%間，通過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種方程行之有效，而且轉(zhuǎn)化方便，準(zhǔn)確度高，適用的范圍大。

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