基于SPSS的高揮發分煙煤煤質變化影響因素研究

沈朝峰 陸 超 汪后港 張 磊 曾 彬 秦 嶺 包 軍

（華電電力科學研究院，浙江省杭州市，310030）

基于SPSS的高揮發分煙煤煤質變化影響因素研究

沈朝峰 陸 超 汪后港 張 磊 曾 彬 秦 嶺 包 軍

（華電電力科學研究院，浙江省杭州市，310030）

選用干燥無灰基揮發分含量為28%～37%的高揮發分煙煤進行試驗，將不同灰分的試驗樣品在自然條件下密封放置10～60 d，得到樣品試驗前后灰分、揮發分、發熱量等煤質數據。使用統計產品與服務解決方案（SPSS）對數據進行統計分析。分析結果表明，灰分與揮發分、發熱量呈現負相關，揮發分與發熱量呈現正相關，表明灰分、揮發分、發熱量三者之間存在相互關聯變化；試驗時間與揮發分、發熱量等煤質參數變化不相關，在一定時間內，試驗時間對高揮發分煙煤在自然條件下儲存的煤質變化不產生影響；灰分與揮發分、發熱量等變化顯著負相關，表明灰分能夠顯著影響高揮發分煙煤煤質變化過程。

煙煤 高揮發分 煤質 統計產品與服務解決方案

高揮發分煙煤具有較高的揮發分含量及水分，在一定儲存條件下揮發分的釋放較為迅速，會發生較為強烈的氧化反應使得煤質發生改變。因此，研究高揮發分煙煤在自然條件下的氧化變質的影響因素，能夠進一步指導生產過程，促進其清潔高效利用。

統計產品與服務解決方案（SPSS，Statistical Product and Service Solutions），是世界上應用最廣泛的標準專業統計軟件，被廣泛用于經濟學、生物學等各個領域，在煤炭應用領域也有較多的應用。本文利用SPSS研究了高揮發分煙煤在自然條件下的煤質變化規律，確定影響其變化的因素。

1　試驗部分

1.1試驗方法

選擇干燥無灰基揮發分（Vdaf）含量為28%～37%的煙煤進行試驗。將煤樣制備成粒度為3 mm的樣品，等質量分成兩部分，一部分在自然條件下密封放置，另一部分制成粒度為0.2 mm的一般分析煤樣，并將樣品進行化驗，測定其灰分、揮發分、發熱量、全硫含量等煤質參數。當3 mm試驗煤樣放置一定天數后，對樣品重復上述制樣、化驗過程，得到放置后的煤質參數。為保證數據的代表性和完整性，放置時間從10～60 d連續不間斷，且在每個放置時間點隨機選擇不同灰分的樣品進行試驗。

1.2數據分析

將同一樣品試驗前后得到的2組化驗數據進行匯總，得到其干基灰分Ad、干基揮發分Vdaf以及干基高位發熱量Q，并計算出試驗前后同一灰分下不同樣品的Ad、Vdaf、Q以及同一試驗時間下Ad、Vdaf、Q的變化值，以ΔAd、ΔVdaf、ΔQ表示。

數據統計分析在SPSS軟件中進行，首先使用SPSS探索分析，檢查數據中存在的奇異值和極端值，并按照數理統計原理將奇異值和極端值剔除，再利用SPSS中回歸、相關等分析方法進行統計分析。

2　結果與討論

2.1煤質參數相關性

試驗測得樣品全硫含量為0.50%～2.00%，SPSS分析結果表明，在試驗前后，各試驗樣品全硫含量變化值的極大和極小值均小于再現性臨界差0.25%，變化均值為0.00%，方差為0.005，可以認為是試驗誤差所致。這說明煤樣中全硫含量在試驗前后未發生實質性變化，在自然環境中放置煤樣，不能使其全硫逸出或發生變化。因此在本文后述分析中均不考慮全硫的變化特性及其對其它指標的影響。

為了探究試驗樣品Ad、Vdaf、Q三者之間的相互關系，利用SPSS對試驗樣品煤質各參數進行了回歸模型研究，研究結果見表1。

表1　試驗樣品煤質各指標相互關系表

由表1可知，F統計量和t統計量的顯著性概率Sig.均為0.000，小于置信度0.05，說明因變量和自變量的線性關系是顯著的，線性關系成立，表明試驗樣品Ad、與Q、Vdaf兩個指標存在較強的負線性相關，標準系數分別達到-0.967和-0.935，Vdaf與Q存在較強的正線性相關，標準系數達到0.899。

為了更直觀地表達Ad與Vdaf、Q的關系，將試驗前Ad、Vdaf、Q數據繪圖，得到三者的關系曲線如圖1所示。

由表1和圖1可知，試驗樣品的Ad、Vdaf、Q三者之間存在明顯的線性關系，在自然條件下三者存在一定的關聯氧化變質。

2.2試驗前后煤質參數變化

相同試驗時間內的樣品灰分、揮發分以及發熱量平均變化值如圖2所示。

由圖2可知，揮發分變化值比灰分變化值平均高0.20%，這與煤炭特性有關，煤中灰分相對穩定，不易發生變化，而揮發分是煤中易揮發的物質，也是煤炭氧化的主要組分。ΔQ為正值說明高揮發分煙煤在一定放置時間內，其發熱量會有所降低。當儲存時間為60 d時，降低值達到最大，為323 J/g，其余均在300 J/g以下，即在發熱量測定再現性臨界差以下。這表明高揮發分煙煤降低值有限。根據之前的相關研究，褐煤在相同放置時間內發熱量降低可達到500 J/g以上，可見高揮發分煙煤氧化過程不如褐煤劇烈，這與煤質特性本身是相吻合的。

隨著試驗時間的增加，Ad、Vdaf、Q這三個煤質指標變化出現輕微的增大趨勢，這表明試驗時間對高揮發分煙煤在自然條件下的煤質變化影響有限。

當試驗時間達到30 d時，不同灰分的樣品在此試驗時間下各煤質參數變化值如圖3所示。

圖1　Ad與Vdaf、Q的關系圖

圖2　不同試驗時間樣品各參數變化圖

圖3　不同灰分樣品各參數變化圖

由圖3可知，隨著灰分的增加，揮發分和發熱量兩個參數變化值有降低的趨勢，但降低的絕對值并不大，而灰分變化值有一定程度的增大，這是因為灰分增加，煤中揮發分含量降低，發熱量也降低，故在變化絕對值上有一定程度的降低。

比較圖2和圖3可知，灰分、揮發分、發熱量在不同灰分和不同試驗時間下變化值較接近，Vdaf變化值在0.40%以下，Q變化值在200 J/g上下波動。由表1和圖3可知，隨著灰分含量增加，當Ad大于40.00%、Vdaf為20.00%、Q為11000 J/g時，ΔAd開始出現正值，ΔQ和ΔVdaf開始出現負值。考慮到檢測誤差，這不違背煤炭在自然條件下會氧化變質的特性，同時說明對于灰分大于40%的劣質煙煤，在自然條件下儲存，煤質不會發生劇烈的變化，也表明灰分的大小能夠有效影響試驗樣品煤質變化特性。

2.3煤質各參數影響因素分析

由于試驗時間和灰分等不同均可能影響煤質變化特性，為了研究試驗時間和灰分對煤質變化的相關方向和相關程度，對試驗數據進行了相關分析研究。

利用SPSS軟件對試驗時間和發熱量變化值、揮發分變化值分別進行了相關分析，由于試驗時間不滿足正態分布，故而在分析過程的 “相關系數”選項框下選擇輸出“Spearman相關系數”。試驗時間和灰分均會影響到變化特性，僅使用雙變量相關分析不能真實反映試驗時間對煤質變化的影響，所以使用偏相關分析進行分析，在控制其他變量的線性影響下，分析變量間的線性相關，偏相關分析中選取 “干基灰分Ad”作為控制變量。分析結果見表2和表3。

表2　試驗時間對Q和Vdaf變化影響的雙變量相關分析

由表2可知，試驗時間與ΔQ、ΔVd之間的Spearman相關系數分別為0.028、0.008，表明試驗時間和ΔQ、ΔVd之間存在較弱的不完全相關。同時試驗時間與ΔQ、ΔVd之間不相關的雙側顯著性值分別為0.511、0.841，均大于0.01，表明在0.01的顯著性水平上試驗時間和ΔQ、ΔVd之間不相關。

由表3可知，在以 “干基灰分Ad”作為控制變量的條件下，試驗時間和ΔQ與ΔVdaf之間的偏相關系數分別為0.046、-0.009，表明試驗時間與ΔQ、ΔVdaf之間存在較弱的不完全相關。試驗時間與ΔQ、ΔVdaf之間的顯著性水平分別為0.271和0.825，因此可以認為試驗時間與ΔQ、ΔVdaf不存在相關關系。偏相關分析與雙變量相關分析結果一致，因此試驗時間對高揮發分煙煤在自然條件下儲存的煤質變化不產生影響。

表3　試驗時間對Q和Vdaf變化影響的偏相關分析

與試驗時間對發熱量和揮發分影響的分析過程一致，進行了灰分對發熱量和揮發分的雙變量相關分析和偏相關分析。在進行偏相關分析時，以 “試驗時間”作為控制變量。雙變量相關分析和偏相關分析結果分別見表4和表5。

表4　灰分對Q和Vdaf變化影響的雙變量相關分析

表5　灰分對Q和Vd變化影響的偏相關分析

由表4可知，灰分對ΔQ和ΔVdaf的Spearman相關系數分別為-0.252和-0.255，干基灰分與ΔQ和ΔVdaf存在一定的不完全相關。因為Spearman相關系數為負值，此相關性為負相關，即煤中灰分增加，發熱量和揮發分的變化值會減少。同時Sig.（雙側）值均為0.000，小于0.01，表示在0.01的顯著性水平上否定了二者不相關的假設，即干基灰分Ad與ΔQ和ΔVdaf顯著相關。

由表5可知，Ad與ΔQ和ΔVdaf的相關系數分別達到-0.217和-0.259，雙側顯著性值也均為0.000，說明在以 “試驗時間”為控制變量的偏相關分析中，Ad與ΔQ、ΔVdaf也顯著相關。與表4分析結果一致。

3　結論

（1）試驗煤樣灰分與揮發分、發熱量存在較強的負相關關系，標準系數達到-0.935和-0.967。

（2）高揮發分煙煤全硫含量在不同放置時間前后無變化，且對其他參數幾乎無影響。

（3）10～60 d的試驗時間幾乎不影響高揮發分煙煤煤質變化程度，在試驗時間內，發熱量降低值在200 J/g左右波動，揮發分降低值在0.40%波動。

（4）灰分的不同能夠顯著影響揮發分和發熱量的變化，隨著灰分含量的增加，發熱量和揮發分含量逐漸減少，變化程度也逐漸降低。

［1］ 劉生玉，田亞峻，尤先峰等.高揮發分煙煤的熱解、燃燒特性研究［J］.燃料化學學報，2002（1）

［2］ 王江榮，文暉，趙權斌.基于SPSS的貝葉斯逐步線性判別法在煤炭種類識別中的應用 ［J］.選煤技術，2014（5）

［3］ 孫慶芳.基于SPSS軟件的重介質旋流器分選主要工藝參數的模型研究 ［D］.徐州:中國礦業大學，2014

［4］ 梅曉仁，陳鵬，高永勝等.基于SPSS的煤質發熱量相關因素分析及其回歸模型研究 ［J］.中國煤炭，2011（7）

（責任編輯 陶 賽）

Study on influence factors of quality variation for high volatility bituminous coal based on SPSS

Shen Chaofeng，Lu Chao，Wang Hougang，Zhang Lei，Zeng Bin，Qin Ling，Bao Jun
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 310030，China）

The experiment was conducted by using high volatility bituminous coals which has the content of dry ash-free volatile matter between 28%and 37%.The different ash content test samples were sealed for 10 to 60 days under the natural condition，and coal property data before and after the experiment，such as the ash content，volatile matter，calorific value，were obtained.SPSS was used to analyze the data.The analysis results showed that ash content is negatively correlated with volatile matter and calorific value，while volatile matter is positively correlated with calorific value，which indicated the interconnected changes between ash content，volatile matter and calorific value.Further analysis pointed out that test time is not related to volatile matter and calorific value changes，thus test time has no effect on coal quality variation of high volatile bituminous coal under natural conditions.There is significantly negative correlation of ash content to volatile matter and calorific value changes，verifying that ash could evidently affect coal quality variation process of high volatility bituminous coal.

bituminous coal，high volatility，coal quality，SPSS

TQ533

A

沈朝峰（1987-），男，湖北來鳳人，工程師，碩士，研究方向為煤炭高效清潔利用和燃料管理。