煤炭发热量的应用及其与灰分的代数关系

PAGE煤炭发热量的应用及其与灰分的代数关系提要:煤炭从发热量的定义及其国标检测方法出发，分析了低位发热量应用时的注意事项，并推导了发热量与灰分的经验公式，列出转换表，具有一定实用性。关键词:发热量；灰分；经验公式0、前言干基灰分和收到基低位发热量是煤炭生产经营中两种重要的常用煤质指标。前者检测简单，在实践中尤其是煤炭生产单位常用来表证煤质，容易采用简便方法如水冲目测矸片来估计其数值；而后者能较全面反应煤炭的经济价值，常用于结算，尤其是煤炭使用单位经常选用，但其检测和换算比较复杂，涉及多种煤质指标，其数值较难估计。现结合本单位实际推导总结出发热量和灰分的经验代数公式，便于两者相互推算，有利于在生产配煤实践中灵活应用。1、低位发热量的定义及检测计算1.1定义低位发热量是单位质量的试样在一定条件下，在过量氧气中燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量。1.2检测计算根据现行有效的国标GB/T213-2023，通过煤样实测，得到的仅仅是弹筒发热量Qb,ad，然后通过国标中规定的公式才能逐步换算出其它热值。弹筒发热量Qb,ad→恒容高位发热量Qgr,v,ad→恒容低位发热量Q,v,ar→恒压低位发热量Q,p,ar。具体步骤一般如下：⑴、通过恒温式或绝热式热量计法，测出弹筒发热量Qb,ad。⑵、然后通过公式Qgr,v,ad＝Qb,ad－94.1,ad＋αQb,ad(焦耳/克)①换算得出空气干燥基高位发热量。⑶、再通过公式Q,v,ar＝（Qgr,v,ad－206Had）×－23Mt(焦耳/克)②换算得出收到基低位发热量。由弹筒发热量算出的热值都属恒容状态，而实际工业燃烧中则是恒压状态，一般在煤炭中使用恒容状态的热值，所以有时把Q,v,ar直接写为Q,ar（即把下标“V”省略）。只有在严格的工业计算中如工业锅炉的设计等时才使用恒压状态的热值。1.3低、高位发热量的区别与高位发热量有收到基高位发热量Qgr,ar、空气干燥基高位发热量Qgr,ad、干燥基高位发热量Qgr,d等，低位发热量亦然。煤炭中通常所说的低位发热量，一般采用“收到基恒容低位发热量Q,v,ar”；高位发热量，一般采用“干基恒容高位发热量Qgr,v,d”。两者本质基准不同，差别在于煤的全水分。高位发热量是干基热值，它受全水分的影响小；而低位发热量是高位发热量减去水（煤中原有的水和煤中氢燃烧生成的水）的气化热后得到的发热量，它受全水分的影响大。而“全水分”指标有很强的时效性，受天气、存放时间等外界因素影响大，并且无法长时间存查抽样及异时异地仲裁，这一点恰恰是方可能潜在吃亏之处。正因为此，在GB/T18666-2023《商品煤质量抽查和验收方法》4.4.1.1中写明：筛选煤以干基高位发热量（或干基灰分）和干基全硫作为质量的评定指标。以加强双方争议仲裁的科学性和可操作性。2、采取低位发热量计价时的建议：2.1了解发热量的基准、指标，准确选用。同样一批煤，不同基准的热值，数据不同。恒容式和恒压式发热量两者计算公式不同，结果自然不一，所以应认真根据GB/T213-2023，了解基准、指标，准确选用。2.2提供全面的检测报告及吨位过磅单，便于还原分析综合比对，采取低位发热量计价时应采用干基高位发热量或干基灰分、全水分等辅助指标。低位发热量，只能通过换算而成，其结果与多种煤质指标如分析水、全水分、全硫、煤中氢值等均有关系，因此在出具的检测报告中应详细注明，采用低位发热量计价时，应使用辅助指标，如干基高位发热量（或干基灰分）等，便于还原分析直至争议仲裁。另外应特别注意其全水分指标。全水分越高，低位发热量越低，但同时验收的煤炭吨位应相应变大。所以在提供检测报告的同时应提供吨位过磅单，便于综合比对，做到数质量的辩证统一。2.3注重采样环节，抓主要矛盾。在采样、制样、化验三环节中，采样环节对检测结果产生的影响最大，所以不论采用何种煤质指标计价，都应侧重加强该环节的公正公平和科学性，采取双方都认同和接受的方式。3、发热量与灰分的经验公式推导3.1根据发热量与水分、灰分关系的半经验公式:Qgr,ad＝(8300－90Aad－80Mad)*4.1816/1000（MJ/KG）。我站在实践中根据该公式,又总结出基本适合本站的经验公式如下：Qgr,ad＝(8200－90Aad－80Mad)*4.1816/1000（MJ/KG）。③3.2根据式③和Ad=Aad*100/(100-Mad)、Qgr,d=Qgr,ad*100/(100-Mad)可推导出：Qgr,d=((8200-80Mad)*100/(100-Mad)-90Ad)*4.1816/1000（MJ/KG）。④设Mad=0.5%(1%,1.5%,2%,2.5%,3%,3.5%,4%,4.5%,5%)，则式④为：Qgr,d=(8201(8202,8203,8204,8205,8206,8207,8208,8209,8211)-90Ad)*4.1816/1000可近似取为：Qgr,d＝(8200－90Ad)*4.1816/1000（MJ/KG）⑤3.3根据式②和Qgr,d=Qgr,ad*100/(100-Mad)，则式②为：Q,ar＝Qgr,d－206Had×－23Mt（焦耳/克）经多次实验Had值一般变化不大，可取为1.25%，则式②为：Q,ar＝Qgr,d－257.5×－23Mt（焦耳/克）可近似取为：Q,ar＝Qgr,d－0.42（MJ/KG）⑥3.4根据式⑤和⑥,同时设全水分Mt=8％，则又可推导出：Q,ar＝(7450-83Ad)*4.1816/1000（MJ/KG）⑦我站做了多次实验与推导公式进行比较,任选其中20个结果列成下表1：表1国标公式、自导经验公式推导比较表（MJ/KG）Mt%Mad%Ad%Qb,adQgr,v,adQgr,v,dQ,v,ar实测实测实测实测国标1自导4国标自导5国标2自导6自导717.453.4534.3220.7020.5820.6621.3221.3719.3119.3119.2426.960.6530.4322.9622.8422.6922.9922.8420.9820.9720.5938.310.9734.8421.1321.0120.9821.2221.1819.0219.0419.0647.021.1727.5723.9323.8123.24.0923.9121.9921.9821.5857.82.3825.5924.1424.0224.0924.6024.6622.2622.2622.2767.92.1625.4424.2124.0824.2024.6124.7122.2422.2522.327104.2528.1722.7222.6022.7223.6023.6920.7720.8221.3887.92.29.1122.6822.5622.7423.1723.3320.9120.9221.0599.170.4530.9822.22.7722.5322.8722.6320.3320.3620.40108.35.6628.6722.7522.6222.2223.9823.5021.5521.5721.20119.170.7724.8125.2425.1024.7725.3024.9522.5322.5622.54128.041.3129.822.9422.8222.7823.1223.0720.8420.8520.81137.961.5331.222.6522.5322.2222.8822.5520.6320.20.32148.550.3833.1821.9821.8621.7221.9421.8019.6319.6519.157.631.733.9721.1821.0621.1521.4321.5019.3719.3719.36167.781.4723.9124.24.7624.9325.1325.2922.7622.7622.85178.330.6928.0423.9723.8423.5824.0123.7421.5821.5921.42188.664.2328.3422.4422.3122.6623.3023.6220.8420.8621.32198.792.7332.7921.5521.4321.3722.0321.9519.6519.6719.77207.584.8530.621.6121.4921.7122.5922.7720.4520.4620.53平均22.7022.6723.2123.1520.8820.20.3.5根据式⑤和⑦,可行成发热量与灰分的速查表：表2发热量与灰分的速查表AdQgr,v,dQ,v,arQ,v,arAdQgr,v,dAd%MJ/KGMJ/KGMJ/KG%MJ/KG%1628.2725.6025.091729.27131727.25.2524.252028.43161827.5124.9123.842127.18192026.7624.2123.002325.09242325.6323.1722.162624.25272524.8822.4821.742723.00302624.5022.1320.913021.74332823.7521.4320.073220.91363023.0020.7419.243420.07383222.2520.0518.823618.82413421.4919.3517.983817.98433819.9917.9617.563917.56444019.2417.2716.734216.7347按经验公式推算：(1)Qgr,d=(8200-90Ad)*4.1816/1000(MJ/KG)(2)Q,ar=(7450-83Ad)*4.1816/1000(MJ/KG)从上式可以看出：(1)、干基灰分每上升1%，高位发热量约下降378焦耳(即90卡)；干基灰分每上升1%，低位发热量约下降348焦耳(即83卡)。(2)、当低位发热量为20.07、20.91、23、25.09(MJ/KG)时，对应的干基灰分约为32%、30%、23%、17%；(3)、当高位发热量为20.07、20.91、23、25.09(MJ/KG)时，对应的干基灰分约为38%、36%、30%、24%。4、结语通过推导，得到以下“高、低位发热量”与“干基灰分”的经验公式，便于两者相互近似推算，在生产实践中灵活应用。高位发热量（干基恒容高位发热量）Qgr,d＝(8200－90Ad)*4.1816/1000（MJ/KG）低位发热量