经验公式在电厂煤质检验中运用的探究

经验公式在电厂煤质检验中运用的探究

邹小红

安徽淮南洛能发电有限责任公司 安徽 淮南 232008

摘要：煤的工业分析指标间，工业分析及元素分析与发热量之间等，都有很好的相关关系和一定的规律。利用这些规律总结出的经验公式，可以灵活的审查化验结果，对煤质分析的各项指标作出预判与估计。

关键词：煤质分析 ；经验公式 ；发热量；估算

邹小红（1992年9月），安徽淮南洛能发电有限责任公司，女，山东人，2015年毕业于华北电力大学，本科，工程师，现从事电厂燃料采制化管理。

Abstract:Between the industrial analysis index of coal，industrial analysis and elemental analysis with calorific value and so on，there are good correlation and certain rules。Using these rules to summarize the empirical formula，the test results can be reviewed flexibly by it ， it also can be used to making predictions on the indicators of coal quality analysis.

Key words：analysis  of coal quality；the empirical formula；calorific value ；estimate

0  引 言

经验公式，是指在科学实验和生产实践中，通过大量实验数据总结出的一个近似表达式，这个近似表达式就称为经验公式。经验公式一般由拟合得到，没有完整的理论推导过程，更趋向于应用，主要看其是否精确，是否有助于分析和观察现象的变化规律。经验公式的获得是根据相关变量的实测数据和历史资料，建立变量间关系的数学表达式，运用概率统计理论去判明所建立的数学表达式的有效性。煤质各项分析指标之间具有较好相关关系的均可拟合得出经验公式，用于验证或预测检测结果。

电厂常规的检测项目包括煤的全水分、工业分析、全硫、发热量和氢，有些电厂还进行哈氏可磨指数的测定，大部分指标都采用实测方法，但由于试样多，煤种不一，日常使用标准物质进行期间核查也只能监控设备不能监控试样，即便设备正常也不能避免产生异常结果，因此经验公式就是一种合理的手段，从理论上对实测值进行监控[1]。

1  经验公式在煤的工业分析中的运用

煤的工业分析项目包括水分、灰分、挥发分和固定碳，由于煤炭的利用过程均涉及热反应，煤炭加热过程中会释放出挥发分和水分，并产生半焦和灰分，是煤炭在工业利用时的基础煤炭特性，故又称之为“工业分析”。其分析原理是基于人为规定试验条件下的产物生成量，在不同实验条件下所得结果会有较大差异，因此又称为近似分析。根据工业分析，可以初步判断煤的种类，性质和工业用途，在火电厂中，工业分析数据是煤炭计价、锅炉安全经济运行不可缺少的依据[2]。

对于同一矿井的煤来说，干燥基挥发分是随着其干基灰分的增高而有一定增高，这是由于矿物质在测定挥发分的过程中要分解出一部分二氧化碳、结晶水等无机挥发物质，从而导致挥发分产率增高，常用的回归方程为[3]。利用同一矿点灰分和挥发分之间的线性关系，可以及时发现异常值，避免数据不合理报出。

2  经验公式在煤的元素分析中的运用

煤的元素分析属于煤中固有成分和固有特性分析，其分析结果不受试验条件的影响。煤的主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫，而碳和氢是产生热量的主要来源。以往，电厂对于非固定矿点的氢值要求实行批批检测，固定矿点按月或按季度分矿点检测，碳则不做要求，但随着“双碳”目标的提出，元素碳含量的检测日渐重要，有资质的实验室可以自检，没有的需要送检。氢值作为计算低位发热量的必须参数，实测值未测定之前就需要用到经验公式进行估算。煤中干燥无灰基氢含量Hdaf与挥发分Vdaf的变化关系较有规律性，而挥发分的测定结果快速易得，故经常使用挥发分来估算氢值。挥发分小于12%时，其氢含量明显增加，挥发分为12%-45%时，氢含量增加缓慢，但挥发分大于45%时，氢含量又有所增加。

对于≤24%的所有烟煤和无烟煤，

对于>24%，焦渣特征为3-8号的烟煤，

对于>24%，焦渣特征为1-2号的烟煤，

对于>37%的各种褐煤，

由于氢值检测受仪器设备不稳定，预热时间长导致检测时间过长等因素限制，故利用挥发分直接估算最为常见，以上公式涉及了所有煤种，通用性强。同一矿点的氢值统一使用干燥无灰基氢维护，避免了水分和灰分不同带来的影响，提高准确度。

3 经验公式在煤的发热量分析中的运用

从工业分析成分看，挥发分和固定碳是煤的可燃和生热成分，而水分会在煤燃烧过程中吸热，灰分是矿物质的衍生物，矿物质中除硫铁矿在燃烧时可以产生少量的热外，绝大多数需要吸收热量进行分解，所以，根据煤的工业分析组成可以大致计算出各种煤的发热量

[4]。但烟煤发热量还与其煤化程度有关。水分、灰分和有机质含量均相同的烟煤，其发热量的差异会很大。一般在水分和灰分都相同的情况下，以中等煤化度的焦煤和肥煤发热量最高；长焰煤、不粘煤和气煤的发热量最低，瘦煤、贫瘦煤和贫煤的发热量比焦煤和肥煤的稍低。因此，根据烟煤的干燥无灰基挥发分及其焦渣特征（CB）和水分灰分等指标即可计算出其高位或低位发热量。对于年老无烟煤来说，当其水分和灰分相同时，挥发分越高，其发热量也越高。对褐煤来说，挥发分越高，其发热量就越低。根据上述原理，依据大量数据结果可推导出不同的经验公式来分别计算褐煤、烟煤和无烟煤的发热量。以下为常用的几种公式：

（1）计算烟煤发热量（）的经验公式

  （J/g）

（2）计算无烟煤发热量（）的经验公式

  （J/g）

（3）计算褐煤发热量（）的经验公式

  （J/g）

除了上述公式外，还有相对简单的计算方式。因为对同一矿点的煤来说，与挥发分相反的，通常发热量会随着灰分的升高而降低，两者具有较好的负相关关系，故发热量可以用灰分来进行推算，两者关系式可以表示为：。统计日常积累的大量实测数据，用来计算出上式中的常数，当b已知时，在实验室内只要测定灰分值就可以计算出相应的煤的发热量了，但是这对于不同矿井来说并不适用。

以淮南附近两大矿点顾桥矿和谢桥矿为例，统计了各50组数据可以得出，顾桥矿的经验公式为=34.6647-0.3795×，谢桥矿为=36.8967-0.4418×，其实测值与估算值差值的绝对值分布情况统计见表1。从统计结果可以看出，仅有个别推算数据与实测发热量相差超过0.300，其余数据符合程度较高，误差较小。

表1 经验公式实测值与估算值差值的绝对值统计表

而鉴于煤的发热量主要由其有机组分中的碳和氢两元素燃烧后所得，因此，利用元素分析结果求得发热量的精度更高，依据每克氢燃烧放出的热量相当于碳完全燃烧放出热量的四倍，而氧不能燃烧放热等原理，总结出最常用的是门捷列夫公式，即Q=80C+300H-26(S-O)。

用经验公式估算的发热量只可用于试验室结果审查，厂矿质量控制等，不能用作商业结算和其他要求准确度较高的场合。

4  结 语

燃煤电厂生产过程中，企业进行配煤掺烧、锅炉工况调整、煤场堆煤取煤、核算成本等对实时、准确的煤质指标有迫切需求，采用离线、实验室分析，经采样、制样、化验等环节，利用热分析技术、基于化学方法这种传统方式检测煤样，尽管分析结果可靠准确，但由于工序繁琐，耗时过长，占用人力成本过多，已经难于适应现代工业生产技术和管理要求[5]。经验公式中变量之间的关系不是确定的，而是近似性的，与煤种等因素有关，故利用经验公式通过某个或某些结果计算得出的指标也只能作为临时参考用，会有差异过大的风险。因此，在线获得快捷准确的煤质指标，开发和普及煤质在线分析技术和系统显得尤为重要。

参考文献：

[1]  李徐萍，李国庆，李芳莲.煤的发热量经验公式及其在煤质分析中的应用[J].轻金属，2002，1:28.

[2]  李小江.电力燃料技术[M].北京：中国电力出版社，2022.9.

[3]  方文沐，杜惠敏，李天荣.燃料分析技术问答（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2005.2.

[4]  李英华.煤质分析应用技术指南（第二版）[M].北京：中国标准出版社，2009.

[5]  谢强.关于煤质检验技术的发展思考[J].煤质技术，2020，35（6）:7.