河南地區動力煤發熱量計算數學模型的建立及評價

劉松洋 石素娟 李國超

（平頂山姚孟發電有限責任公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

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

目前， 煤的發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充分燃燒，根據量熱系統的溫升，進行熱校正后最終得到發熱量測定結果， 這種測定法在燃煤發電企業已經推廣普及。模擬計算是通過煤的全水分、工業分析、 全硫及元素分析等數據進行建模并計算煤的發熱量， 該方法在某些無法進行發熱量實測的企業得到較多的應用[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境溫度、內外桶水溫、充氧壓力及操作規范等諸多因素的影響，在日常管理中需對其結果進行監督校核。 通過建模模擬計算煤的發熱量， 可以方便地計算燃煤發熱量并對燃煤發熱量測定結果的準確性進行監督校核。

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

1 模型的建立

本文統計了河南地區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、揮發分、全硫及發熱量。

將化驗數據進行統計分析，考慮到數學模型對于煤炭企業的實用性，盡可能將數學模型進行簡化。 模型采用多元線性回歸方法，以影響燃煤收到基低位發熱量計算結果的參數 （全水分Mt、 空氣干燥基水分Mad、干燥基灰分Ad、干燥無灰基揮發分Vdaf、干燥基全硫 St，d）為自變量，以收到基低位發熱量 Qnet，ar（J/g）（以下簡稱發熱量）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

數學模型建立完成后，需進行模型檢驗。 選取河南地區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（%）、干燥無灰基揮發分 Vdaf（%）、干燥基全硫 St，d、收到基低位發熱量Qnet，ar（J/g）的測定。 將發熱量 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，發熱量實測值與數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GB/T 213—2008[2]規定，煤的發熱量測定再現性臨界差為300 J/g，數學模型的計算值與實測值的差距均小于此再現性臨界差。 因此，可初步判斷數學模型具有比較高的準確性。

參照GB/T 19494.3—2004[3]，對發熱量實測值與數學模型計算值進行統計分析，發熱量的差值平均值d=90，標準差sd=120.5020，并進行數理統計。 將煤的發熱量測定標準GB/T 213—2008 給出的再現性臨界差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熱量的再現性臨界差， 可接受為不存在實質性偏倚。說明該發熱量計算數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煤的發熱量。

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。這可能是本文數學模型所選取樣本數為150，無法做到完全覆蓋河南地區所有煤種情況。 河南地區煤炭種類相對豐富，單一的數學模型難以做到對所有煤種都具有較高的適應性，所以數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，在開展發熱量日常化驗的同時，利用數學模型對化驗結果進行檢驗，以此快速判斷發熱量化驗結果的準確性。燃煤發電企業及煤炭生產企業普遍采用發熱量實測值作為結算計價依據，數學模型的建立對煤質監督具有一定的借鑒意義， 可作為河南地區煤炭質量檢驗的輔助監督方法，從而在企業煤炭管理工作中發揮作用。

3 結論

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

表1 發熱量實測值與計算值比對