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年我國煤炭貿(mào)易二十多億噸，其中動力煤占百分之七十左 右，動力煤大都以收到基低位發(fā)熱量作為計價指標(biāo)，根據(jù)收到基低位發(fā)熱量計算公式(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，也比較費時、費事。一般煤炭化驗室，都沒有配備測 定氫元素的儀器，當(dāng)計算收到基低位發(fā)熱量需要氫值時，往往通過工業(yè)分析結(jié)果計算等方法估

2、算氫值。許多煤炭檢驗書籍上都會提供計算氫含量的經(jīng)驗公式。對于僅僅計算低位發(fā)熱量需要氫值時，本室也采用了有關(guān)書籍中氫含量經(jīng)驗 公式，如對于Vdaf大于24%煙煤，我們使用如下經(jīng)驗公式:Hd=(2.888+0.393*G-0.0023Ad)*，。對于無煙煤和 Vdaf 小于24%的煙煤，我們采用如下經(jīng)驗公式:24%的煙煤，我們采用如下經(jīng)驗公式:_Vdaf*100 -Add 00.1462Vdaf 1.1124100經(jīng)過日常工作驗證，我們發(fā)現(xiàn)有時計算得到的氫值與實際測得的氫值有較大差異，分別見表一，表二。從表一、表二可以看出，本室目前所用經(jīng)驗公式計算結(jié)果與實際 測量值有顯著差異。對于Vdaf大于24

3、%煙煤，所有計算值都大于實測值，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。對于無煙煤和Vdaf小于24%的煙煤，絕大部分計算值比實測值 高：在28個樣品中，只有一個計算值比實測值高0.18%, 一個等于實測值，其余都高于實測值，最大高 2.16%,此時，低位發(fā)

4、熱量相差 約100卡/克。作為一般煤炭用戶的實驗室，檢驗結(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，作為公正機構(gòu)、權(quán)威部門，本室 使用的經(jīng)驗公式應(yīng)該修改。一、 實驗器材一般煤焦實驗室設(shè)備如天平、干燥器以及LECO CHN-2000碳氫氮測定儀PARR6300 熱量儀LECO S-144Dr 定硫儀干燥箱、馬弗爐 符合GB/T212的要求二、實驗步驟.按照GB/T212-2001測定煤的水分、灰分、揮發(fā)分.按照SN/T1083.3-2001測定煤的硫分.按照GB/T213-2003測定煤的發(fā)熱量.按照ISO12902-2001 (E)測定煤的氫含量三、數(shù)據(jù)分析因為氫含量與揮發(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，無煙煤、噴吹煤 2.30%Vd11.54%, 第二組，煙煤 26.29%Vd36.40%;對于 11.54%Vd26.29%的煙煤, 因為大多數(shù)作為煉焦用煤，還沒有遇見需要發(fā)熱量的情況，所以不做 研究。1.無煙煤、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 干燥無灰基等線性關(guān)系更好，可以通過最小二乘法求其相關(guān)系數(shù)。 對 第一組中氫含量與煤的揮發(fā)分、灰分含量進行直線擬合，其相關(guān)系數(shù) 見下表：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)驗公式，會出現(xiàn)多數(shù) 計算結(jié)果與實際測定結(jié)果有顯著差別的情況， 所以，這樣的經(jīng)驗公式 不太理想。煤的發(fā)熱量主要來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)驗公式時，也可以把發(fā)熱量的影響考慮進去，而灰分的影響可以通過干燥無灰基這種基態(tài)來體現(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。對第一組中氫含量與煤的揮發(fā)分、發(fā)熱量進行直線擬合，其相關(guān)系數(shù)見下表: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)驗公式為：此時，F(xiàn)統(tǒng)計值為451。當(dāng)顯著性水平為0.05時，查表F (2, 25) 為3.38, F統(tǒng)計值遠大于F (2, 25),這表明：偶然發(fā)生的相關(guān)系數(shù) 高達0.973可能性很小。用T統(tǒng)計檢驗Vdaf、Qdaf的斜率系數(shù)是否可以計算 Hd。對于Vdaf 來說，t=8.55;對于 Qdaf來說，t=18.57。查表,臨界值t=2.06,所有 計算t值都大于臨界值，這表明對于 Hd來說，Vdaf、Qdaf是顯著性變 量。2.煙煤將最近三年檢測過氫含量的動力煤

9、 212批，作為第二組，按照推導(dǎo)無煙煤、噴吹煤氫含量的思路，對第二組中氫含量與煤的揮發(fā)分、發(fā)熱量進行直線擬合，其相關(guān)系數(shù)見下表：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)驗公 式為：此時，F(xiàn)統(tǒng)計值為771。當(dāng)顯著性水平為0.05時，表上無法查出F (2, 208),但 F (2, 208)遠大于 F (2, 100),查表得 F (2, 100) 為3.09,因此，F(xiàn)統(tǒng)計值遠大于F (2, 208),這表明：偶然發(fā)生的相 關(guān)系數(shù)達0.881可能性

11、很小。用T統(tǒng)計檢驗Vd3、Qdaf的斜率系數(shù)是否可以計算 Hd。對于Vd3 來說，t =32.92;對于 Qdaf來說，t=25.29。查表,臨界值t=1.97,所有 計算t值都大于臨界值，這表明對于 Hd來說，Vd3、Qdaf是顯著性變 量。四、結(jié)論1,對于2.30%Vd11.54%的無煙煤、噴吹煤，按照新推導(dǎo)的經(jīng) 驗公式計算的氫值與實測值差值范圍在-0.38%0.36位間，稍高于不 同實驗室之間0.25%的勻差，但優(yōu)于原計算方法與實測值之間-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，運用新推導(dǎo)的經(jīng)驗公式能

12、計算出比較 理想的氫值。.對于26.29%Vd36,40%的動力煤，按照新推導(dǎo)的經(jīng)驗公式計 算的氫值與實測值差值范圍在-0.19%0.18%之間，優(yōu)于不同實驗室之 間0.25%的勻差，更優(yōu)于原計算方法與實測值之間 -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，運用新推導(dǎo)的經(jīng)驗公式能計算出比較理想的氫值。.本研究中引入Qdaf參與氫含量的計算，既體現(xiàn)了灰分對計算氫 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，其它經(jīng)驗公式中很少能夠體現(xiàn)。 這可能是以本研究得到的經(jīng)驗公式計算氫含量與實測值比較接近的 原因。參考資料GB/T213-2008煤的發(fā)熱量測定方法GB/T476-2008煤中碳和氫的測定方法ASTM D 5373-08 Standard test methods for instrumental determination of c