河南地區(qū)動力煤發(fā)熱量計算數(shù)學模型的建立及評價

劉松洋 石素娟 李國超

（平頂山姚孟發(fā)電有限責任公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

煤的發(fā)熱量對于燃煤發(fā)電企業(yè)是一項重要的技術及經(jīng)濟指標，不僅是商品煤計價的主要依據(jù)，也是影響鍋爐安全高效運行的重要參數(shù)。 眾所周知，煤炭采購占燃煤發(fā)電企業(yè)發(fā)電總成本的70%左右。 因此，燃煤發(fā)電企業(yè)和煤炭生產(chǎn)供應商均高度重視煤的發(fā)熱量檢測結果，煤的發(fā)熱量也是燃煤發(fā)電企業(yè)和煤炭供應商在燃料管理過程中重點監(jiān)督的內(nèi)容。

目前， 煤的發(fā)熱量主要依靠氧彈熱量計直接測定或模擬計算。 氧彈熱量計的測定方法是選用已知熱容量的氧彈熱量計， 稱取一定質量煤樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)充分燃燒，根據(jù)量熱系統(tǒng)的溫升，進行熱校正后最終得到發(fā)熱量測定結果， 這種測定法在燃煤發(fā)電企業(yè)已經(jīng)推廣普及。模擬計算是通過煤的全水分、工業(yè)分析、 全硫及元素分析等數(shù)據(jù)進行建模并計算煤的發(fā)熱量， 該方法在某些無法進行發(fā)熱量實測的企業(yè)得到較多的應用[1]，同時也應用于對氧彈熱量計檢測結果的比對校核。氧彈熱量計測定結果的準確性受環(huán)境溫度、內(nèi)外桶水溫、充氧壓力及操作規(guī)范等諸多因素的影響，在日常管理中需對其結果進行監(jiān)督校核。 通過建模模擬計算煤的發(fā)熱量， 可以方便地計算燃煤發(fā)熱量并對燃煤發(fā)熱量測定結果的準確性進行監(jiān)督校核。

本文選用河南地區(qū)150 個不同礦點或批次的動力用煤，檢測其全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、全硫及發(fā)熱量，對檢測結果進行回歸分析，建立了適用于河南地區(qū)動力煤發(fā)熱量的數(shù)學模型，利用數(shù)學模型的計算值與氧彈熱量計的實測值進行比較分析，驗證該數(shù)學模型的準確性和實用性。

1 模型的建立

本文統(tǒng)計了河南地區(qū)150 個不同礦點或批次的煤樣，所選取煤樣盡可能覆蓋河南地區(qū)各個礦點。 將所選取煤樣分別進行采樣、制樣及化驗。 化驗項目包括全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、全硫及發(fā)熱量。

將化驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，考慮到數(shù)學模型對于煤炭企業(yè)的實用性，盡可能將數(shù)學模型進行簡化。 模型采用多元線性回歸方法，以影響燃煤收到基低位發(fā)熱量計算結果的參數(shù) （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、干燥基全硫 St，d）為自變量，以收到基低位發(fā)熱量 Qnet，ar（J/g）（以下簡稱發(fā)熱量）為因變量，得到線性回歸方程。

令：y=Qnet，at，x1=Mt，x2=Mad，x3=Ad，x4=Vdaf，x5=st，d。

建立線性回歸方程：

y=a+bx1+cx2+dx3+ex4+fx5

將采集的150 個煤樣的化驗結果進行計算，求解結果如下：

Qnet，ar=32 731-300Mt-165Mad-330Ad+5.7Vdaf+251St，d

此方程相關性系數(shù)R2=0.997，接近于1，且F=9 080，說明具有較強的顯著性。

2 模型的檢驗

數(shù)學模型建立完成后，需進行模型檢驗。 選取河南地區(qū)某一燃煤電廠為研究對象， 隨機抽取10 個批次的入廠煤，按照相關標準進行全水分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（%）、干燥基全硫 St，d、收到基低位發(fā)熱量Qnet，ar（J/g）的測定。 將發(fā)熱量 Qnet，ar的實測值與模型計算值進行對比，結果如表1 所示。

從表1 可知，發(fā)熱量實測值與數(shù)學模型計算值的差值絕對值最小為-22 J/g， 最大值為239 J/g。 根據(jù)GB/T 213—2008[2]規(guī)定，煤的發(fā)熱量測定再現(xiàn)性臨界差為300 J/g，數(shù)學模型的計算值與實測值的差距均小于此再現(xiàn)性臨界差。 因此，可初步判斷數(shù)學模型具有比較高的準確性。

參照GB/T 19494.3—2004[3]，對發(fā)熱量實測值與數(shù)學模型計算值進行統(tǒng)計分析，發(fā)熱量的差值平均值d=90，標準差sd=120.5020，并進行數(shù)理統(tǒng)計。 將煤的發(fā)熱量測定標準GB/T 213—2008 給出的再現(xiàn)性臨界差300 J/g 為最大允許偏倚值，即B=300，進行t 檢驗，結果如下

由 GB/T 19494.3 表 12， 查得自由度 n-1=9 情況下單尾 tβ=1.833，即 tnz＞tβ，證明差值平均值顯著小于發(fā)熱量的再現(xiàn)性臨界差， 可接受為不存在實質性偏倚。說明該發(fā)熱量計算數(shù)學模型具有一定的正確性和實用性，可以較為準確地計算河南地區(qū)煤的發(fā)熱量。

與0 有顯著性差異檢驗結果如下：

由 GB/T 19494.3 表 12， 查得自由度 n-1=9 情況下雙尾 tα=2.262，即 tz＞tα，證明不能接受為無偏倚，即存在小于300 的偏倚。這也說明數(shù)學建模與實測值比起來還是存在一定的差距， 盡管這樣的差距并不大，但是并不能被忽略。這可能是本文數(shù)學模型所選取樣本數(shù)為150，無法做到完全覆蓋河南地區(qū)所有煤種情況。 河南地區(qū)煤炭種類相對豐富，單一的數(shù)學模型難以做到對所有煤種都具有較高的適應性，所以數(shù)學模型的計算值與實測值始終存在一定的差距。

對于燃料管理工作者而言，在開展發(fā)熱量日?；灥耐瑫r，利用數(shù)學模型對化驗結果進行檢驗，以此快速判斷發(fā)熱量化驗結果的準確性。燃煤發(fā)電企業(yè)及煤炭生產(chǎn)企業(yè)普遍采用發(fā)熱量實測值作為結算計價依據(jù)，數(shù)學模型的建立對煤質監(jiān)督具有一定的借鑒意義， 可作為河南地區(qū)煤炭質量檢驗的輔助監(jiān)督方法，從而在企業(yè)煤炭管理工作中發(fā)揮作用。

3 結論

研究選取150 個河南地區(qū)動力煤，通過煤的全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、全硫及發(fā)熱量的化驗結果，建立河南地區(qū)動力煤的發(fā)熱量計算數(shù)學模型。通過實際應用驗證，證明該數(shù)學模型具有較高的準確性，可推薦作為河南地區(qū)燃煤電廠及煤炭生產(chǎn)企業(yè)煤炭質量檢驗的輔助監(jiān)督方法，有利于企業(yè)煤炭管理工作水平的提高。

表1 發(fā)熱量實測值與計算值比對