煤炭院推导出计算煤炭发热量的新公式.doc

我国国家煤炭院推导出计算煤炭发热量的新公式9 ], x" g& ], M" A# c9 X
国家煤炭院于60年代推出了烟煤、无烟煤、褪煤空气干燥基低位发热量的计算公式，经过一段时间的应用，发现存在一定的缺陷和局限性。如烟煤的发热量与水分、灰分、挥发分和焦渣特征有关，但当时推导这一公式时，没有把焦渣特征定量化纳入公式中，而是根据焦渣特征的大小分组列出K值。在计算烟煤的发热量时，根据焦渣特征大小，查出K值再纳入公式。这不仅计算麻烦，而且K值呈台阶式变化，对于某些挥发分在边界处的煤样，其计算误差就会增大，为此，国家煤炭院陈文敏教授领导的“七五”科技攻关项目，收集了全国大量煤样数据，利用多元回归法，采用电子计算机进行大量的数据处理，研究推导出一套计算烟煤、无烟煤、褐煤低位发热量经验公式。
$ T! ]# H4 ?8 m, g　　 新公式有两种计算方法，一是利用元素分析结果计算各种煤的低位发热量，二是利用煤的工业分析结果计算烟煤、无烟煤、褐煤低位发热量。利用元素分析结果计算发热量更为准确，但目前企业均未开展这一工作。因此，这里仅介绍利用煤的工业分析结果计算煤低位发热量的新公式。 ' C+ M3 Z9 T( b- Y2 ?/ N* n
　　（1）计算烟煤空气干燥基低位发热量公式：
6 ^7 W- N) E0 g+ k5 ~　　Qnet,ad = 35859.9—73.7Vad—395.7Aad—702.0Mad + 173.6CRC ( ~3 I% V; L b
以焦耳表示的计算方式：
1 g/ `& b1 O2 ~8 x3 A7 ]% M　　Qnet.ad＝35859.9-73.7Vad-395.7Aad-702.0Mad+173.6CRC焦/克
4 [- S6 E' V' ?- b　　或用卡制表示的计算式：
7 I; U! c* g* q$ P　　Qnet.ad＝8575.63-17.63Vad-94.64Aad-167.89Mad+41.52CRC卡/克- k% D2 L/ s; _1 b3 s: m' f
9 H: m5 k# P/ p( l: B' E
　　（2）计算无烟煤空气干燥基低位发热量公式：
~! M8 l+ b0 ?! n　　Qnet,ad = 34813.7—24.7Vad—382.2Aad—563.0Mad
- y1 {( e% V, h) M3 n8 M以焦耳表示的计算方式：
' p, L' P$ k8 z# Y　　Qnet.ad=34813.7-24.7Vad-382.2Aad-563.0Mad焦/克, w# W+ G. n% v# j
　　或者以卡制表示的计算式：% L) d E+ a$ b: z! W
　　Qnet.ad=8325.46-5.92Vad-91.41Aad-134.63Mad卡/克
' l D/ P8 q5 ~, K6 d# H+ A6 }7 U　　如果有条件能测定H值，或者从固定用煤矿区取得矿区以往H值的平均值，用下式计算的无烟煤低位发热量结果精度更高。3 O1 o- q- l( {
　　以焦耳表示的计算式：
: V8 }- s6 o3 @2 D- @" @) w　　Qnet.ad=32346.8-161.5Vad-345.8Aad-360.3Mad+1042.3Had焦/克- f! s( ^, z: }7 P2 u
　　或者用卡制表示的计算式：8 d: Q. Y9 o# Z8 j: d
　　Qnet.ad=7735.52-38.63Vad-82.70Aad-86.16Mad+249.27Had卡/克! e- P4 l( \: O- Q" c+ \

+ `. a# r$ L) u& V$ u0 H　　（3）计算褐煤空气干燥基低位发热量公式：
% h8 H8 v8 X0 ^5 d1 [$ G$ h　　Qnet,ad = 31732.9—70.5Vad—321.6Aad—388.4Mad 9 Z s8 Q, ?8 ~0 S
以焦耳表示的计算式：
0 f& i5 m {# o) J# u　　Qnet.ad=31732.9-70.5Vad-321.6Aad-388.4Mad焦/克
2 e1 j4 w5 H3 \2 b( D7 @　　或者用卡制表示的计算式：& E: |2 C0 `; d
　　Qnet.ad=7588.69-16.85Vad-76.91Aad-92.88Mad卡/克
2 I3 M( ^7 j: F7 c4 s$ k! _
; o/ F# I7 @) l　　 式中：
9 E) Q3 q, p8 L, d$ i( @7 iQnet,ad——煤的空气干燥基低位发热量，J／g； " S/ R. u/ s6 l4 z5 k; j* q* C/ F
Mad——煤的空气干燥基水份，％；
3 I$ k6 V4 i; l+ x" [Aad——煤的空气干燥基灰分，％；
0 X, w- g: {) h Vad——煤的空气干燥基挥发分，％；
3 A) k" A# T, g: g, h　　 CRC——烟煤的焦渣特征。
4 E8 x% _- H( P* H2 N　　 利用上述三个公式计算出来的煤低位发热量，与旧公式计算出来的低位发热量相比，精度有较大提高，其中烟煤计算的低位发热量标准偏差为372J／g，精度比旧公式提高15%，无烟煤计算的低位发热量标准偏差为305J／g，精度比旧公式提高34%，褐煤计算的低位发热量标准偏差为393J／g，精度比旧公式提高36%。
; Z/ X! [% Y9 D; d新公式的误差与灰分有关，如灰分（干基）大于40%，误差增大，灰分越高其误差越大。因此，使用时应注意，当干基灰分大于40%时，应另选公式计算。
* ?% j/ A8 |% R& Y# a/ ^ 空气干燥基 ad 转换 收到基 ar 公式是:
$ c- g4 n7 I7 H: K% X% p6 G Xar=Xad*(100-Mar)/(100-Mad)
6 r1 S0 u9 D$ m: a# W! ]4 |# X应用煤低位发热量计算公式
$ h1 N1 F4 l8 u　　: |+ j9 E+ V) K5 q1 e' F
　　 100-Mad 100-Mar: ^% j( r' z' h- L& a2 [
　　Qnet.ar=Qnet.ad×───── - 23(Mar－Mad×─────) 焦/克" T9 {0 R" G# G! M0 C' Z
　　 100-Mad 100-Mad6 {" {4 {, G* G2 f1 C) a
3 p& o" z4 U7 m) V1 r7 W

" C1 F) Y; d+ y$ U+ a: A这是我收集到的经验公式，据说比较准确。请你们用用看，提供一些计算与测定的比较结果。* ~9 x0 \$ g: u) }- F+ j s
单位：千卡/千克
$ n+ ?; ~: z8 R褐煤(V>37%)/ G. P* S; c( N, _; Y q
Qad,net=7588.69-16.85Vad-76.91Aad-92.88Mad% c* |+ J! s0 S& ^3 L6 X
烟煤(v=10-35%)# M; ~1 T2 @" D1 l
Qad,net=8575.63-17.63Vad-94.64Aad-167.89Mad+41.52CRC
4 L; H, ]4 ~& m: J* m1 }/ U) }注：CRC－是焦渣特征代号+ V2 c- l9 a' p: |/ r3 }6 f* q" r
无烟煤(V<10%)
. |1 U3 ^3 V0 A- sQad,net=8325.46-5.92Vad-91.41Aad-134.63Mad+ A& H, k; h6 \/ H4 ` \
5 B3 J. F) w' S: k J（2）煤的各种发热量名称的含义　　
8 S% m' Z7 J3 \+ Y+ g2 ~1 V　　a.煤的弹筒发热量（Qb）
; M% j& ]/ z. U1 R M* p' K　　煤的弹筒发热量，是单位质量的煤样在热量计的弹筒内，在过量高压氧（25～35个大气压左右）中燃烧后产生的热量（燃烧产物的最终温度规定为25C）。/ G9 |* g, M+ l* I6 U* T( l
　　由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的，因此发生了煤在空气中燃烧时不能进行的热化学反应。如：煤中氮以及充氧气前弹筒内空气中的氮，在空气中燃烧时，一般呈气态氮逸出，而在弹筒中燃烧时却生成N2O5或NO2等氮氧化合物。这些氮氧化合物溶于弹筒税种生成硝酸，这一化学反应是放热反应。另外，煤中可燃硫在空气中燃烧时生成SO2气体逸出，而在弹筒中燃烧时却氧化成SO3，SO3溶于弹筒水中生成硫酸。SO2、SO3,以及H2SO4溶于水生成硫酸水化物都是放热反应。所以，煤的弹筒发热量要高于煤在空气中、工业锅炉中燃烧是实际产生的热量。为此，实际中要把弹筒发热量折算成符合煤在空气中燃烧的发热量。9 Z- V/ `, o& X# L) |: h
　　b.煤的高位发热量（Qgr）
+ A) N6 y" c; ^; d/ J　　煤的高位发热量，即煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。/ L/ w6 {7 z4 j! o7 `! T7 U4 ^1 |
　　应该指出的是，煤的弹筒发热量是在恒容（弹筒内煤样燃烧室容积不变）条件下测得的，所以又叫恒容弹筒发热量。由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量。而煤在空气中大气压下燃烧的条件湿恒压的（大气压不变），其高位发热量湿恒压高位发热量。恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的。一般恒容高位发热量比恒压高位发热量低8.4～20.9J/g,实际中当要求精度不高时，一般不予校正。6 l# f* x% q6 b: ~# p( l
　　c.煤的低位发热量（Qnet）! t- T p) I! o7 | i
　　煤的低位发热量，是指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量，扣除煤中水分（煤中有机质中的氢燃烧后生成的氧化水，以及煤中的游离水和化合水）的汽化热（蒸发热），剩下的实际可以使用的热量。
3 J% d# f, o+ i　　同样，实际上由恒容高位发热量算出的低位发热量，也叫恒容低位发热量，它与在空气中大气压条件下燃烧时的恒压低位热量之间也有较小的差别。
6 F) J* H4 U s# [4 I6 \+ d: B　　d.煤的恒湿无灰基高位发热量（Qmaf）
+ D& C6 L. s2 W) a$ P( T　　恒湿，是指温度30C，相对湿度96%时，测得的煤样的水分（或叫最高内在水分）。煤的恒湿无灰基高位发热量，实际中是不存在的，是指煤在恒湿条件下测得的恒容高位发热量，除去灰分影响后算出来的发热量。/ u1 z# ?, ~) x( \+ z; q
　　恒湿无灰基高位发热量是低煤化度煤分类的一个指标。- z+ Y* W" ?; @1 c
　　（3）煤的弹筒发热量的测试要点见GB213-87。, P$ t, C @1 f. p# I* `4 D; `9 o
　　（4）煤的高位发热量计算7 P V! s8 j5 i) R( z# _: Y: s+ }
　　煤的高位发热量计算公式为：- n9 \5 b$ k! y! X$ O V
　　Qgr,ad=Qb,ad-95Sb,ad-aQb,ad
5 d) m/ F% K9 x+ M" @( S: n　　式中：9 K& T( y5 ^; K; C3 ~+ x# B
　　Qgr,ad——分析煤样的高位发热量，J/g;$ x* K5 d! D, B6 ?- R2 i
　　Qb,ad——分析煤样的弹筒发热量，J/g;* q5 {! q* Z# q2 e* t
　　Sb,ad——由弹筒洗液测得的煤的硫含量，%；
: b8 l1 R; C( |# k+ p' f4 J' _　　95——煤中每1%（0.01g)硫的校正值，J/g;6 r, a4 b' d- F" w( O
　　a——硝酸校正系数。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Qb,ad≤16700J/g,a=0.001
+ Q$ N, M d; e, s& K　　16700J/g<Qb,ad<25100J/g,a=0.0012
, T1 C2 G! ~. a d　　Qb,ad>25100J/g ,a=0.0016
( y* B. b) I) Q( J　　当Qb,ad〉16700J/g，
( H g, x2 O* E+ H# H& V　　或者12500J/g<Qb,ad<16700J/g，同时，Sb，ad≤2%时，
, }8 y0 r: P; U0 } C8 |　　可用St,ad代替Sb,ad。1 ?2 O+ E. N* Q6 W* b0 R, n& w2 Z
　　（5）煤的低位发热量的计算. C1 [% _! y9 l- |+ X
　　Qnet,ad=Qgr,ad-0.206Had-0.023Mad
q2 `9 Z7 ?( L　　式中：
: _. k7 _; w+ n% b @4 a \4 N8 J8 z　　Qnet,ad——分析煤样的低位发热量，J/g;$ K, s5 a$ m& r) t6 l# X9 I
　　Qgr,ad——分析煤样的高位发热量，J/g；* P8 ?8 G8 ^( a' P+ \, c: z6 H
　　Had——分析煤样氢含量，%；/ U4 a2 Q* c( Y' S$ t/ N
　　Mad——分析煤样水分，%。 e9 K% V# `% k1 R5 y* \' O8 S
　　（6）煤的各种基准发热量及其换算
, {! s: W4 c% Z1 Y5 F　　a.煤的各种基准得发热量' n% `* ]& R, u& g
　　　　如上所述，煤的发热量有弹筒发热量、高位发热量和低位发热量，每一种发热量又有4种基准，所以　　煤的不同基准的各种发热量有3×4=12种表示方法，即：
. u# i* J1 N1 H1 O- w( ~- W1 q- r　　弹筒发热量4种表示方式：
0 }" g2 I5 G$ {& ]3 y/ I1 _1 G/ z　　Qb,ad——分析基弹筒发热量；
1 j5 X) j7 X+ [) |& A f- ]　　Qb,d——干燥基弹筒发热量；
% V' }/ c8 x2 L( B& E! ?　　Qb,ar——收到基弹筒发热量；
1 `- I s, ]" B& k　　Qb,daf——干燥无灰基弹筒发热量。( w, r+ n, l6 z( S3 ] d+ y
　　 高位发热量4种表示形式：7 M- ?8 D& {' O! o- m4 o, g
　　Qgr,ad——分析基高位发热量；
: Q/ R9 U; S; O3 L4 Q) x　　Qgr,d——干燥基高位发热量；
& i: l0 u; R3 K5 x! ?9 C　　Qgr,ar——收到基高位发热量；& j; s& d3 M3 S* u5 F3 f) z
　　Qgr,daf——干燥无灰基高位发热量。
9 Q' L) L! n5 }# B" P　　 低位发热量4种表示形式：
6 p3 b5 U1 R8 O* L- ^% W. p( i, v　　Qnet,ad——分析基低位发热量；
# y. J. L; _4 b　　Qnet,ar——收到基低位发热量；0 O9 r- v! g" V7 ] b0 s% o: [3 O
　　Qnet,daf——干燥无灰基低位发热量。- |. K# ]8 U- w% c; g5 ^6 A
　　b.煤的各种基准的发热量间的换算 L, W" M8 L5 D! b- l
　　煤的各种基准的发热量间的换算公式和煤质分析中各基准的换算公式相似。如：* |5 z, W4 V) h3 |" T3 J( p
　　Qgr,ad=Qgr,ad×（100-Mar）/(100-Mad)$ t+ ?! R* U, G% l3 c1 \
　　Qgr,d=Qgr,ad×100/(100-Mad)9 v. t ?1 ]# g j: H' Q Q2 [
　　Qgr,daf=Qgr,ad×100/(100-Mad-Aad-CO2,d)
' I, c- u8 P( X' P% n+ L　　式中：
- G7 @: p. Z3 b9 d( p6 p: S7 Z! Q　　CO2,d——分析煤样中碳酸盐矿物质中CO2的含量（%），当CO2含≤2%时，此项可略去不计+ m" W0 d' ~( O; w6 s( V: k0 c
　　Qgr,maf=Qgr,ad×（100-MHC）/(100-Mad-Aad-Aad×MHC/100)& U) }( }* d( e
　　式中：
1 @) Y% |: K5 l- Y7 ~　　Qgr，maf——恒温无灰基高位发热量；
& v1 K( x- u" L0 B　　MHC——恒湿条件下测得的水分含量，%。7 l9 W1 p; M8 r$ r1 j
恒容高位发热量:
/ \7 g# ] i9 G单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量。& h4 F0 F4 u/ \) F( O
恒容高位发热量即由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸校正热后得到的发热量。
& ?0 ?. t2 C5 S0 J2 c* s: L7 R$ d. m+ q. c- r2 U; y0 [
恒容低位发热量:# Q+ g) ?+ Y* S9 n# ~$ F! `
单位质量的试样在恒容条件下，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。恒容低位发热量即由高位发热量减去水（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。) r0 h. W2 }) E4 Z
煤的恒容低位发热量和恒压低位发热量可以通过分析试样的高位发热量计算。
; d. {( N/ ]+ v, }9 f3 S6 P: J. Z8 x6 X5 a l, h
两者的区别在于:高位发热量燃烧产物为液态水,而低位发热时燃烧产物为气态水0 O& Y% B4 J. s$ K4 k
3 m) ` T+ E z. _( `- X;4 T" t! Z. Q% m- n1 m- \3 m计算公式: Ｑgr.ad＝Qb.ad－（94.1St.ad＋ａQb.ad）
- i6 H# S8 r& w$ X# b　　　　　　　　　　　　　8 j" z7 C# t. ^2 n
Qnet.ar＝（Ｑgr.ad－206Had）×（100－Ｍt）／（100－Ｍad）－23Ｍt
$ S$ N% ^# l5 Z7 @% k
1 @' u0 K$ R: ?! H7 ~不过新国标中硫的校正值应为 94.1 即:
7 l. r& u7 t5 f) U, L% iＱgr.ad＝Qb.ad－（94.1St.ad＋ａQb.ad）