煤炭元素分析儀性能試驗研究

申 健，翟嘉琪，覃 濤，李冠龍

(華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

碳元素和氫元素是煤中有機物的主要組成元素，同時也是煤燃燒時產生熱量的重要元素，因此檢測這兩種元素的含量對于了解煤的變質程度和煤的性質有重要意義[1]。氫含量隨煤變質程度的加深而降低，因此可將其作為煤炭科學分類的指標之一。煤中的氫與其他特性有關，主要用來計算收到基低位發熱量，而發熱量是煤炭貿易結算的重要指標。由于碳氫元素的檢測是煤炭檢測的重要指標，因此元素分析儀的性能好壞直接關系到其檢測結果的準確性。本文根據《燃料元素的快速分析方法》DL/T 568-2013，結合《煤炭成分分析和物理特性測量標準物質應用導則》GB/T 29164-2012，制定了某廠家生產的碳氫元素分析儀性能試驗方案并進行試驗，對碳氫元素分析儀的精密度和正確度進行評價。

1 標準物質

試驗采用的標準物質為3種有證煤標準物質，其碳、氫元素的標準值和擴展不確定度見表1。

2 性能試驗方案

選取3種高、中、低不同量值水平的碳、氫有證煤炭標準物質分別進行碳、氫元素分析，試驗方法依據《燃料元素的快速分析方法》DL/T568-2013，每種標煤測試次數不少于7次，記錄每次測定的樣品質量空干基碳、空干基氫。分別從儀器設備的精密度和正確度來評價儀器設備是否符合標準要求。

表1 有證煤標準物質的標準值和擴展不確定度

精密度和正確度評價方法分別依據《煤炭成分分析和物理特性測量標準物質應用導則》GB/T29164-2012中6.2和6.3中單個標準物質多次重復測定法，筆者分別采用3種不同量值水平的碳、氫元素有證煤標準物質檢測，分別對其進行高、中、低不同量值水平范圍精密度和正確度評價，以全面評價該設備性能。

3 試驗結果和分析

3.1 精密度測試

依據GB/T 568-2013，選擇GBW11113f、GBW11102p、GBW11105g、GBW11107t共四種有證煤標準物質進行碳、氫元素的測定；依據《煤的工業分析方法》GB/T 212-2008對標煤進行水分檢測，將標煤碳、氫元素檢測結果換算為干燥基碳和干燥基氫。試驗數據見表2。

表2 碳、氫元素試驗數據表

計算國家標準規定的重復測定標準差：

式中：r為國家標準中規定的重復性限。

比較儀器測量標準差Srep和國家標準規定的重復測定標準差Sr，GB。若Srep不大于Sr，GB，表明儀器的測量精密度與國家標準規定的方法精密度無顯著性差異，滿足要求；若Srep大于Sr，GB，則按下列公式進行F檢驗：

將計算所得的F值與95%置信概率下的方差比(F分布)表中查得的臨界值F0.05，6=4.28比較，若F不大于F0.5，6，說明儀器的測量精密度與國家標準規定的方法無顯著性差異，符合要求。3種標煤的碳、氫元素精密度計算詳見表3和表4。

表3 碳元素測定結果精密度計算

表4 氫元素測定結果精密度計算

由表3和表4可知，對于碳元素，GBW11113f檢測結果計算得出Srep不大于Sr，GB，GBW11102p、GBW11105g標煤檢測結果計算出F不大于F0.05，6，故3種不同量值水平的碳元素有證煤標準物質檢測精密度滿足標準要求；對于氫元素，GBW11113f、GBW11105g檢測結果計算得出Srep不大于Sr，GB，GBW11107t標煤檢測結果計算得出F不大于F0.05，6，故3種不同量值水平的氫元素有證煤標準物質檢測精密度滿足標準要求。

3.2 正確度測試

若tc不大于2.000，則儀器的測量值與標準值相比未檢出顯著性偏倚；若tc大于2.000，則儀器的測量值與標準值相比有顯著性偏倚。對于上述標準物質，由表5和表6可知，碳和氫元素檢測結果的統計量均小于2.000，表明該元素分析儀碳、氫元素的測量值與標準值相比未檢出顯著性偏倚。

標煤的標準值與測量值的合成不確定度計算公式為：

計算結果詳見表7。

表5 碳元素測定結果正確度計算

表7 碳、氫元素測定結果偏倚置信限與合成不確定度比較

根據該儀器設備碳和氫元素檢測結果，分別計算其置信限下限和上限，并與標煤的標準值與測量值的合成不確定度比較，GBW11105g的碳元素檢測結果偏倚的置信限范圍超過其標準值與測量值的合成不確定度，其他標煤碳、氫元素檢測結果偏倚的置信限均超過其標準值與測量值的合成不確定度。

4 結 論

根據《燃料元素的快速分析方法》DL/T 568-2013，結合GB/T 29164-2012對某煤炭元素分析儀進行性能試驗，得出以下結論：

(1)該紅外碳氫儀氫元素檢測精密度和正確度滿足標準要求；

(2)該紅外碳氫儀碳元素檢測精密度滿足標準要求，但在檢測高含量碳元素煤樣時，其結果偏倚的置信限超過其標準值與測量值的合成不確定度，說明檢測高含量碳元素煤樣時，正確度不能滿足標準要求。