周龍萍
(山西焦煤集團 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)分析的重要指標之一。煤作為動力燃料,其發(fā)熱量越高,經(jīng)濟價值越高。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。
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,但測定過程比較費時。因此,利用適宜的經(jīng)驗公式直接計算氫含量,對于準確計算發(fā)熱量具有重要意義。
許多煤質(zhì)指標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)。
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)量分數(shù),%;
Aad——空氣干燥基灰分的質(zhì)量分數(shù),%;
Vdaf——干燥無灰基揮發(fā)分的質(zhì)量分數(shù),%;
St,d——干燥基全硫質(zhì)量分數(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。
以山西焦煤集團2016年62個商品煤樣為研究對象,采用式(1)—(8)計算氫含量,并與實測值進行對比。對對比結(jié)果進行統(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。
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)果進行對比,山西焦煤的煙煤用式(1)計算出氫值更接近實測值。
許多煤質(zhì)指標間存在著密切的相互關(guān)系,可利用這種不同指標間的內(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。
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。
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。