鍋爐能效測試中煙煤氫含量計算方法

葉贊威，吳初軍，何莉娜

（1. 紹興市能源檢測院，浙江紹興，312071；2. 紹興市質量技術監督檢測院，浙江紹興，312071）

鍋爐能效測試中煙煤氫含量計算方法

葉贊威1，吳初軍1，何莉娜2

（1. 紹興市能源檢測院，浙江紹興，312071；2. 紹興市質量技術監督檢測院，浙江紹興，312071）

氫含量是計算煙煤收到基低位發熱量必不可少的參數。本文根據發熱量計算理論推導得出煙煤中氫含量計算方程，并進而通過比較分析研究，得到相關數據并計算出煙煤中的氫含量，且具有較高精度。本文為計算收到基低位發熱值提供了較為可靠的氫數據，為鍋爐能效計算提供了必要的數據支持。

鍋爐能效測試；煙煤；工業分析；氫

引言

燃煤工業分析、元素分析是鍋爐能效測試的重要檢測項目，為計算鍋爐效率、研討鍋爐燃燒技術、進行相關熱力計算等提供必需的數據依據。對大多數實驗室而言，燃煤工業分析比元素分析容易，設備投入較少，操作簡單，分析時間短，且已足工業生產分析需要。然而，工業分析中重要一項——發熱量測定，一般測定的是彈桶恒容發熱量，需硫、氫含量才能換算為恒容低位發熱量，而低位發熱值是燃煤的重要指標，且是計算鍋爐效率的重要數據，不可或缺。元素分析設備價值昂貴，多數實驗室不具備。再者，目前工業生產中普遍使用的是燃燒性能較好、價格相對低廉的煙煤。基于此，本文結合實際工作中的大量數據積累，通過總結歸納，從發熱值計算公式入手推導得出煙煤中氫含量計算公式，具有較高的計算精度，為計算收到基低位發熱值提供較為可靠的氫數據，具有較高的應用價值［1-6］。

收到基低位發熱值指以收到狀態單位質量的煤燃燒后產生熱量的值。

1 數學建模及公式推導

1.1輸入參數及目標值確立

建模的首要工作是確立預期目標（即輸出）及已知參數（即輸入）。本文以煤的分析基（空氣干燥基）數據（包括水分、灰分、揮發分）為輸入量（固定碳通過計算得出），以分析基的氫含量、可燃基（干燥無灰基）氫含量為輸出量。現對公式推導中所涉及符號做以下約定：M為水分，A為灰分，V為揮發分，FC為固定碳，CRC為焦渣特征，H為氫，Qgr，V為恒容高位發熱值，Qnet，V為恒容低位發熱值，下標ad代表空氣干燥基，下標d代表干燥基，下標daf代表干燥無灰基。

1.2公式推導

（1）依據定義計算分析基高、低位發熱量差值煤的分析基恒容地位發熱值計算式為［1］：

Qnet，v，ad= （Qgr，v，ad-206Had）×（100-Mad）/（100-Mad）-23Mad=Qgr，v，ad-206Had-23Mad（1）

那么，

△Q= Qgr，v，ad- Qnet，v，ad=206Had+23Mad（2）

式（2）中△Q的單位為J/g。

（2）依據經驗公式計算分析基高、低位發熱量差值

對于煙煤，其分析基高、低位發熱值關系式如下［2］：

Qgr，v，ad= K1［100-（Mad+Aad）］- Aad（-40Mad）* （3）Qnet，v，ad= 100K1'-（ K1'+6）（Mad+Aad）-3Vad（-40Mad）* （4）

式（3）和式（4）中，（-40Mad）*項只在計算Vdaf＜35%且Mad＞3%的煙煤發熱量時計算。

聯立式（3）和式（4），簡化得：

△Q= Qgr，v，ad- Qnet，v，ad= （K1- K1'）［100-（Mad+Aad）］+6Mad+3Vad（5）

又100-（Mad+Aad）=FCad+Vad，并記△K=K1-K1'，于是式（5）可轉化為：

△Q=△K（FCad+Vad）+6Mad+3Vad（6）

式（6）中△Q的單位為cal/g。

（3）聯立推導煙煤中氫含量計算公式

聯立式（1）與式（5）并考慮單位換算，得出煙煤中氫含量計算公式為：

Had=｛4.1816［△K （FCad+Vad）+3Vad］+2.0896Mad｝/206 （7）

（4）系數△K的計算

式（3）和式（4）中，K1與K1'為一系列常數值，兩者均與煤的焦渣特征CRC及可燃基揮發分Vdaf有關，因此可將△K表示為△K（CRC，Vdaf）。針對△K的取值，本文并未采取簡單的數學加減，而是采用函數算術平均，即：

△K=（∫0vdaf△K（V，CRC）dV）/Vdaf（8）

式（8）中，V代表可燃基揮發分變量，而Vdaf為當前煤樣的可燃基揮發分含量。依據文獻［2］中表3-4-4及表3-3-8，可得△K與CRC、Vdaf關系表。考慮到上述表格中，CRC=1～7、Vdaf10%以及CRC=8、Vdaf?13兩區域內△K無數值，針對這一區域，參考文獻［2］中無煙煤熱值經驗計算方法，有對于無煙煤，其分析基高、低位發熱值的關系式：

Qnet，v，ad=K0-80Mad-90Aad（9）

Qgr，v，ad=K0'-86Mad-92Aad-24Vad（10）

聯立式（9）與式（10）可得：

△Q=Qnet，v，ad-Qgr，v，ad= K0- K0'+6Mad+2Aad+24Vad（11）

文獻［2］中，K0與K0'與揮發分有關，且與揮發分的對應關系相同，因此有K0= K0'。于是，式（11）可簡化為：

△Q= 6Mad+2Aad+24Vad（12）

式（12）中△Q的單位為cal/g。

聯立式（12）和式（6）得：

△K=2A0/（100-A0-M0）+0.21Vdaf（13）

對△K空白區積分求和得：

｛

S△K=20Aad/（100-Aad-Mad）+10.5 （CRC=1～7， Vdaf10%）（14）

S△K=26Aad/（100-Aad-Mad）+17.745 （CRC=8，V

daf13）

結合文獻［2］中的相關表格，可得煙煤的△K與Vdaf、CRC的關系，如表1所示。

表1　煙煤的△K與Vdaf、CRC關系表

接表1

少數極高灰分（Adaf＞40%）煙煤，計算誤差較大，可能達到0.5%以上，此時根據參考文獻［2］中式2-7-38，對Vdaf進行校正，將校正后的Vdaf數值代入上述公式進行計算。

2 計算實例

本文對文獻［2］中幾種標準煤樣進行了驗算，結果如表2所示：

從表2可以計算出，本文提出的利用工業分析結果計算煙煤中氫含量的方法，計算精度相當高（計算值與實測值之差一般不超過±0.3%），普適性強，且可用于高灰分煙煤氫含量計算。

表2　計算比對

3 結束語

開展鍋爐能效測試是特種設備節能監管的重要抓手。煤作為鍋爐的主要燃料，其工業分析、元素分析直接關系到鍋爐能效測試的可靠性、權威性。而氫含量直接影響煤的低位發熱值（工業分析的主要項目之一）。本文的研究另辟蹊徑，找到一種計算氫含量的方法，精度極高，具有相當高的實際應用價值。

［1］GB/T 213-2008. 煤的發熱量測定方法［S］.

［2］石達，于暢. 現代配煤生產配方優化設計、工藝控制及煤質評定標準實務全書［M］. 北京:當代中國音像出版社，2005.

［3］GB/T 10180-2003. 工業鍋爐熱工性能試驗規程［S］.

［4］GB 10184-88. 電站鍋爐性能試驗規程［S］.

［5］GB/T 483-2007. 煤炭分析試驗方法一般規定［S］.

［6］于瑞生， 倫國瑞. 利用煤的熱值和工業分析數據計算煤中各主要元素含量［J］. 華東電力， 1996（3）:33-36.

葉贊威（1983-），2007年7月畢業于南京理工大學，熱能工程碩士學位，工程師，目前從事特種設備能源效率檢測工作。E-mail: 372391439@qq.com

Calculation of Bituminous Coal's Hydrogen Content in Boiler Efficiency Test

Zanwei Ye1， Chujun Wu1， Lina He2（1. Shaoxing Institute of Energy Testing and Inspection， Shaoxing， Zhejiang， 312071， China；2. Shaoxing Testing Institute of Quality Technical Supervision， Shaoxing， Zhejiang， 312071， China）

Hydrogen content is essential for the calculation of bituminous coal's net calorific value as received basis. According to calorific value formula， we derive the formula of bituminous coal's hydrogen content. Then， calculate hydrogen content in coal using the data achieved from proximate analysis of coal，and holds high accuracy. This paper provides more reliable data of hydrogen for net calorific value as received basis， and it provides necessary data for boiler efficiency calculation.

Boiler Efficiency Test； Bituminous Coal； Proximate Analysis； Hydrogen

TK229

A

2095-8412 （2016） 04-722-03

工業技術創新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.037