靜電復寫紙輔助測定低熱值煤發熱量的研究

鄧 雷，靖劍中，湛傳駿，周德偉

［貴州省煤炭產品質量監督檢驗院（國家煤炭清潔轉化質量監督檢驗中心），貴州六盤水 553000］

0 引 言

煤炭屬于不可再生化石能源，煤炭資源需精準綜合利用，發熱量是衡量煤炭品質的重要指標［1］。近年來，低熱值煤及煤矸石的綜合利用受到社會的廣泛關注和重視［2］。全國現有煤矸石電廠120余座，在動力煤的交易中，發熱量是最重要的一個參數，是煤炭貿易中計價的根本依據。煤矸石和低熱值煤的熱值非常低，灰分通常大于50%［3］，發熱量低于15kJ／g，此類煤樣存在不能點火或燃燒不完全的現象，致使在發熱量測定過程中試驗無法連續進行或數據不準確，通常需要添加助燃物才能準確測定其熱值。科學準確的檢驗結果，不僅可以降低用煤企業的生產成本［1］，還可以為低熱值煤及煤矸石的應用提供數據支撐，更能有效地減少煤炭貿易供需雙方之間的糾紛。對于低熱值煤發熱量的測定，現行國標推薦的方法是輔助采用擦鏡紙、摻燒高熱值的標準煤樣、苯甲酸等，這些方法的缺點是成本較高和操作繁瑣，且會對檢測過程和結果帶來影響：使用擦鏡紙時會對樣品造成污染；苯甲酸、高熱值煤、擦鏡紙單位重量熱值較高［4］，會給待測樣品帶來較高的不確定性［5-6］。

為此，貴州省煤炭產品質量監督檢驗院（國家煤炭清潔轉化質量監督檢驗中心）通過對同一低熱值標準煤樣輔助墊襯靜電復寫紙和包裹擦鏡紙測定發熱量的對比試驗，計算出靜電復寫紙輔助測定標準煤樣熱值的準確度、標準偏差、自由度等，并與國標法［7］進行對比，查找出與國標法的差異，以評價靜電復寫紙作為煤發熱量測定輔助燃燒物質的可行性，以及靜電復寫紙輔助測定低熱值煤發熱量是否滿足國標要求。以下對有關情況作一簡介。

1 試驗部分

1.1 儀器與材料

低熱值煤標準樣品1瓶，編號為GSB06-2182-2008-1、ZBM110A，由濟南眾標科技有限公司生產，其熱值Qgr，d＝7600J／g；普通靜電復寫紙2張，規格為210mm×297mm（A4），由億王紙業有限公司生產；量熱儀1臺，設備型號為5E-AC／PL，由長沙開元儀器有限公司生產；高級擦鏡紙1本，規格為100mm×150mm，由杭州特種紙業有限公司生產；點火絲1盒，規格為φ0.12mm，數量500根，熱值50J／根，由長沙開元儀器有限公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 靜電復寫紙熱值的測定

將規格為210mm×297mm（A4）靜電復寫紙平均分切成64份，2張同規格的靜電復寫紙共分為128份，隨機取14份為1個子樣品，共進行5次熱值測定試驗，并計算出每份靜電復寫紙的熱值，試驗結果見表1。基于5次平行測定試驗數據，計算得出靜電復寫紙樣品單位重量平均熱值為12682J／g、樣品熱值的相對標準偏差（RSD）為0.04%，測定結果滿足精密度要求。

表1 靜電復寫紙熱值測定結果

1.2.2 擦鏡紙熱值的測定

據《煤的發熱量測定方法》（GB／T213—2008），將規格為100mm×150mm的擦鏡紙均勻裁剪出60頁，隨機抽取6頁為1個子樣，共抽取5個子樣進行熱值測定試驗，試驗結果見表2。基于5次平行測定試驗的數值，計算得出擦鏡紙樣品單位重量平均熱值為16845J／g、樣品熱值的相對標準偏差（RSD）為0.63%，測定結果滿足精密度要求。

表2 擦鏡紙熱值測定結果

1.2.3 靜電復寫紙輔助標準煤樣熱值的測試

用燃燒皿稱取編號為ZBM110A的標準煤樣0.9～1.1g（精確到0.0002g），將已裁剪好的靜電復寫紙（選取表1中單位重量平均熱值為12682J／g的靜電復寫紙）隨機抽取2份，稱取所用靜電復寫紙的重量，將其墊在量熱儀燃燒皿底部，保證靜電復寫紙部分露于煤樣表面，裝樣品時將點火絲與露出的部分進行接觸，對編號為ZBM110A標準煤樣用靜電復寫紙輔助進行5次發熱量的平行測定，試驗過程中未發現燃燒不完全的現象，試驗結果見表3。

表3 靜電復寫紙輔助測定標準煤樣發熱量試驗結果

1.2.4 擦鏡紙輔助標準煤樣熱值的測試

用燃燒皿稱取編號為ZBM110A的標準煤樣0.9～1.1g（精確到0.0002g），隨機抽取裁剪好的擦鏡紙（選取表2中單位重量平均熱值為16845J／g的擦鏡紙）1頁，稱取所用擦鏡紙的重量，再將待測煤樣置于擦鏡紙內包裹后放入量熱儀燃燒皿內，裝點火絲時確保點火絲與擦鏡紙接觸，對編號為ZBM110A標準煤樣用擦鏡紙輔助進行5次發熱量平行測定，試驗過程中未發現燃燒不完全的現象，試驗結果見表4。

表4 擦鏡紙輔助測定標準煤樣發熱量試驗結果

2 結果與討論

2.1 靜電復寫紙輔助測定標準煤樣熱值的準確度

據《煤和焦炭試驗可替代方法確認準則》（GB／T18510—2001）之表2查得tt（0.05，4）［8］為2.776，te＜tt，故可以得出靜電復寫紙輔助測定煤樣熱值的方法之偏倚性符合要求。

平均值與標準值之差的95%概率置信限為d平±（t0.05，n-1·SALT／n0.5）＝3±（2.776×7.93／50.5）＝3±9.845，即在-6.845～12.845之間，靜電復寫紙輔助測定煤樣熱值結果之差95%都不會超過12.845 J／g，此數值遠小于GB／T 213—2008規定的同一化驗室測定結果的允許差120J／g，簡言之，靜電復寫紙輔助測定煤熱值符合國標要求。

2.2 靜電復寫紙輔助測定標準煤樣熱值的精密度

據GB／T213—2008規定的同一化驗室測定結果的復現性（即重現性）為120J／g，計算得出標準偏差SGB＝r／（2×20.5）＝120／（2×20.5）＝42.43J／g，SALT＜SGB，故可認為靜電復寫紙輔助測定標準煤樣熱值與GB／T213—2008推薦的方法同樣好。由此也可以推斷出靜電復寫紙單位重量熱值平行測定的精密度高，熱值分布穩定，數據波動性小，單位重量熱值的測定結果穩定。

2.3 擦鏡紙輔助測定標準煤樣熱值的準確度

據GB／T18510—2001之表2查得tt（0.05，4）為2.776，te′＜tt，故可以得出擦鏡紙輔助測定煤樣熱值的方法之偏倚性符合要求。

平均值與標準值之差的95%概率置信限為d平′±（t0.05，n-1′·SALT′／n′0.5）＝26±（2.776×30.44／50.5）＝26±37.723，即在-11.723～63.723之間，擦鏡紙輔助測定煤樣熱值結果之差95%都不會超過63.723J／g，此數值小于GB／T213—2008規定的同一化驗室測定結果的允許差120J／g，簡言之，本次試驗數據有效。

2.4 擦鏡紙輔助測定標準煤樣熱值的精密度

根GB／T213—2008規定的同一化驗室測定結果的復現性（即重現性）為120J／g，計算得出標準偏差SGB′＝r′／（2×20.5）＝120／（2×20.5）＝42.43J／g，SALT′＜SGB′，本次擦鏡紙輔助測定標準煤樣熱值滿足GB／T213—2008要求。

3 結 論

（1）靜電復寫紙單位重量熱值低于擦鏡紙及苯甲酸單位重量熱值，可作為輔助燃燒物質。

（2）擦鏡紙與靜電復寫紙均適用于低熱值煤發熱量的輔助測定，無燃燒不完全現象，測定數據均穩定性好、精密度高，均滿足國標要求。

（3）靜電復寫紙單位重量熱值穩定性好，在使用時無需反復測定其單位重量熱值，而擦鏡紙單位重量熱值穩定性不高，需經常測定。

（4）對靜電復寫紙與擦鏡紙輔助測定低熱值煤發熱量的結果進行比較，靜電復寫紙輔助測定煤熱值精密度高于擦鏡紙、偏倚性低于擦鏡紙，更適用于低熱值煤及煤矸石發熱量的測定。

（5）靜電復寫紙與擦鏡紙相比，靜電復寫紙具有取材和操作方便、熱值均勻、一次定值可長時間使用等優點，操作時也不會對樣品產生二次污染，有利于測得煤樣熱值的真值。

值得一提的是，因貴州省煤炭產品質量監督檢驗院（國家煤炭清潔轉化質量監督檢驗中心）屬貴州省煤炭貿易仲裁單位，日常工作中須嚴格按照法律法規及相關檢測標準執行，日常樣品檢驗檢測仍然是依據GB／T213—2008進行，這種靜電復寫紙輔助測定低熱值煤發熱量的方法只用于科研研究（作為參考），不過希望本檢測方法能給業內一些啟示和參考。