基于SPSS軟件的淮南煤發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型研究

賀 江 南

(華電蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司 生產(chǎn)管理部，安徽 蕪湖 241080)

0 引 言

煤的發(fā)熱量是重要的煤質(zhì)特性指標(biāo)之一。煤炭約占燃煤電廠發(fā)電總成本的60%～70%，煤的發(fā)熱量測定結(jié)果不僅作為進煤的結(jié)算依據(jù)，同時也是計算火電機組標(biāo)準(zhǔn)煤耗的主要參數(shù)。因此，煤的發(fā)熱量也是燃煤電廠重要的經(jīng)濟指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)。

目前研究表明，煤的發(fā)熱量測定主要包括直接測定法和計算法。直接測定法的基本原理：選用已知熱容量的氧彈熱量計，稱取一定量的分析煤樣在氧彈內(nèi)充分燃燒，根據(jù)燃燒前后量熱系統(tǒng)的溫升，再進行熱校正后最終確定發(fā)熱量。而計算法通過煤的全水分、工業(yè)分析或元素分析等數(shù)據(jù)進行建模并計算得到，該方法在某些沒有條件進行發(fā)熱量實測的企業(yè)得到較多的應(yīng)用,即目前已有煤炭發(fā)熱量數(shù)學(xué)模型建立的大量相關(guān)研究[1-21],但仍需依據(jù)各礦區(qū)煤質(zhì)建立適合的發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，計算機硬件及相關(guān)數(shù)學(xué)統(tǒng)計軟件的功能不斷強大，煤的發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型的精度也得到了顯著的提高。

以下選取淮南地區(qū)87批次煤的全水分、工業(yè)分析及發(fā)熱量測定結(jié)果，利用SPSS軟件進行回歸分析，建立適用于淮南煤發(fā)熱量的數(shù)學(xué)模型，同時通過數(shù)學(xué)模型的計算值與實測值進行比對，以證明該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和實用性。

1 實驗部分

選取淮南地區(qū)87批次煤樣，力求能夠包含該區(qū)域絕大多數(shù)的礦點煤質(zhì)，使所采取的煤樣具有較好的代表性，有助于提高所建立數(shù)學(xué)模型對淮南煤的適用性。將所選取的煤樣進行制樣及化驗，制樣過程依據(jù)GB 474—2008《煤樣的制備方法》，分別制備出全水分樣及一般分析煤樣?；炛笜?biāo)包括全水分、工業(yè)分析(水分、灰分及揮發(fā)分)及發(fā)熱量。全水分的測定根據(jù)GB/T 211—2017《煤中全水分的測定方法》進行，工業(yè)分析根據(jù)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》進行，發(fā)熱量測定根據(jù)GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測定方法》。其化驗結(jié)果見表1。

表1部分批次淮南煤化驗結(jié)果

2 數(shù)學(xué)模型的建立

選用“統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案”SPSS軟件，將實驗所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。SPSS軟件由IBM公司研發(fā)，在統(tǒng)計學(xué)分析運算、數(shù)據(jù)挖掘等方面具有較為強大的功能。綜合考慮數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和簡單實用性，采用多元線性回歸方法，以全水分(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，%)為自變量，以收到基低位發(fā)熱量(Qnet,ar，MJ/kg)為因變量，建立數(shù)學(xué)模型。

令:y=Qnet,ar，x1=Mt，x2=Mad，x3=Ad，x4=Vdaf，建立線性回歸方程:

y=a+bx1+cx2+dx3+ex4

將采集的87批次測定結(jié)果利用SPSS軟件進行計算，求解結(jié)果見表2。

表2SPSS分析結(jié)果

回歸系數(shù)回歸系數(shù)估計值模型評價a34.084R20.978b-0.230F900.908c-0.293Sig.0.000d-0.340Durbin-Watson1.582e-0.022

由于R2=0.978接近于1，F(xiàn)=900.908遠大于其臨界值，且顯著性為0.000，遠小于0.05，說明此回歸方程顯著性較強?；茨厦旱氖盏交臀话l(fā)熱量(Qnet,ar，MJ/kg)與其全水分(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，%)呈顯著的線性相關(guān)性，說明所建立的數(shù)學(xué)模型較為適用于淮南煤發(fā)熱量的計算。

根據(jù)以上SPSS分析結(jié)果，可得到淮南煤發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型為:

Qnet,ar=34.084-0.23Mt-

0.293Mad-0.34Ad-0.22Vdaf

3 模型的檢驗與評價

對所建立的數(shù)學(xué)模型的正確性與實用性進行檢驗與評價，選取淮南地區(qū)某一燃煤電廠入廠煤的常規(guī)分析數(shù)據(jù)，從中選取10批次的結(jié)果，將發(fā)熱量數(shù)學(xué)模型的計算值與實測值進行對比，結(jié)果如圖1所示。

圖1 入廠煤發(fā)熱量(Qnet,ar)實測值與計算值比對

由圖1可知，該入廠煤發(fā)熱量實測值與計算值的差值普遍分布在(-0.13～0.12)MJ/kg，其中最小的差值僅為-0.01 MJ/kg。由GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測定方法》可知,發(fā)熱量測定重復(fù)性限為0.12 MJ/kg，而實測值與計算值的差值普遍小于0.12 MJ/kg，說明發(fā)熱量的計算值具有較高的準(zhǔn)確性。

(1)假設(shè)以GB/T 213—2008中規(guī)定發(fā)熱量測定重復(fù)性限0.12 MJ/kg為最大允許偏倚值，即B=0.12。

自由度：n-1=9，由GB/T 19494.3表12查得單尾tβ為1.833，即tnz>tβ，證明差值平均值顯著小于發(fā)熱量的重復(fù)性限。

(2)與 0 有顯著性差異檢驗。簡要計算如下:

自由度：n-1=9，由GB/T 19494.3表12查得雙尾tα為2.262，即tz

數(shù)學(xué)模型所選取淮南煤全水分、工業(yè)分析及發(fā)熱量測定結(jié)果數(shù)據(jù)為87批次，利用SPSS進行回歸分析以建立數(shù)學(xué)模型。由于樣本數(shù)量較少，難以完全覆蓋淮南地區(qū)所有煤炭，所以其計算值與實測值不可避免地會有一定的差距?？紤]到現(xiàn)今燃煤電廠普遍采用實測值作為結(jié)算依據(jù)，因此推薦將此數(shù)學(xué)模型只作為淮南地區(qū)燃煤電廠對淮南煤質(zhì)量驗收的輔助方法。

4 結(jié) 語

煤的發(fā)熱量是燃煤品質(zhì)最主要的參數(shù)之一。研究選取87批次淮南煤全水分、工業(yè)分析及發(fā)熱量測定結(jié)果，利用SPSS進行多元回歸分析，建立淮南煤的收到基低位發(fā)熱量計算數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型具有較高的正確性與實用性。

結(jié)合現(xiàn)今燃煤電廠普遍采用實測值作為結(jié)算依據(jù)的現(xiàn)狀，推薦此模型僅作為淮南地區(qū)燃煤電廠對淮南煤質(zhì)量驗收的輔助方法。淮南煤的收到基低位發(fā)熱量與其全水分、空氣干燥基水分、干基灰分、干燥無灰基揮發(fā)分呈顯著的線性相關(guān)性，通過數(shù)學(xué)模型對燃煤電廠淮南入爐煤的發(fā)熱量進行計算，可節(jié)省企業(yè)的人力及物力成本。該研究成果也為淮南煤的發(fā)熱量預(yù)測提供了1種簡便且較為準(zhǔn)確的計算方法。