煤炭灰分与发热量的相关关系及其应用
一、前言
煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣；煤的发热量是指每单位质量的煤完全燃烧所产生的热量，是表征煤炭各种特性的的综合指标。
发热量测定在煤质分析中是一个操作复杂、影响因素较多的项目，特别是环境因素，国标规定：室内温度要恒定、有恒温措施、室内无空气对流、测发热量与测热容量条件一致、有制冷设备等，测试条件非常苛刻，因此，发热量测定是一个较难掌握的项目，平行样测试结果常常超差，浪费许多人力和物力。
相比而言，灰分测定则容易得多，称一定量的空气干燥煤样，放入马弗炉中，以一定的速度加热到（815±10）℃，灰化并灼烧到质量恒定，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。
整个测定过程有温控仪自动控制，且一次可测多个煤样，平行煤样几乎不超差。
为了能够快速、准确了解煤炭的发热量，我们着力寻找煤的灰分与发热量的相关关系，从而由灰分分析结果推出发热量结果，并运用相关关系对分析结果进行预测。
二、煤的发热量和灰分的相关性分析
1、发热量的表示方法介绍：
在试验室内，由热量计直接测得的发热量，叫做煤的弹筒发热量，用符号Qb表示；
煤在氧弹中燃烧和煤在工业上实际燃烧时，无论从燃烧产物、放出的热量都不一样。
煤在空气中燃烧时，煤中的硫形成二氧化硫逸出，而在弹筒中却形成硫酸，这样就多出了二氧化硫形成三氧化硫的生成热和三氧化硫形成硫酸的生成热；煤中的水，无论是吸附水、结晶水或是热解水，当煤在空气中燃烧时，都成为水蒸气逸走，而在弹筒内，煤燃尽后都成了液态水，显然水蒸气变为液态水，又放出这部分气化时吸收的热量；煤在空气中燃烧时，氮成游离状态逸出，而在弹筒内，氮都成了硝酸，这里又有热量的放出。
因此弹筒所测得的发热量要比实际工业上燃烧时的发热量高。
为了使测得的发热量接近工业上燃烧煤的热值，把测得的弹筒发热量减去形成硫酸和硝酸所放出的热量，这样的发热量叫做煤的高位发热量。
用符号Qgr 表示。
本文所探讨的就是煤的高位干基发热量（）和煤的干基灰分（Ad）的相关性分析。
2、煤的高位干基发热量（）和煤的干基灰分（Ad）的相关性分析
收集了新汶矿区1998年1月~2004年12月份的分析数据共73组，数据见下表。
表1
编号
灰分Ad% 实测发热量发热量(回归方程计算值) 实测值与计算值差值（cal/g）
X= Y=
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
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28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66 9
67
68 9
69 8
70 3
71 8
72 7
73 5
根据以上数据绘制的灰分与实测发热量的散点图如下图：
从散点图看出：Ad与Qgr,d大致成反比关系，并且相关性较好。
3、煤的高位干基发热量（）和煤的干基灰分（Ad）回归方程的建立
设Y为发热量Qgr,d，X为灰分Ad。
由表1数据可求得以下值：
通过上面的分析我们知道，高位干基发热量和干基灰分的回归方程为：=公式1 （发热量单位：兆焦/千克）4、应用基低位发热量与干基灰分回归方程的建立
对新汶矿区煤炭的发热量进一步进行分析，可以推算导低位应用基发热量和全水、干基灰分的回归方程。
新汶矿区煤炭主要为气煤、气肥煤，若氢值（Had）按%、分析水（Mad）按%进行计算，由公式1可以推导出应用基发热量和全水、干基灰分的回归方程。
应用基低位发热量和全水、干基灰分的回归方程为：
=33751-366Ad-361Mt+公式2 （发热量单位：千焦/千克）
5、用回归方程进行数据分析
（1）对高位干基发热量和干基灰分的回归方程进行数据分析
根据表1数据绘制的灰分与回归方程计算的发热量的散点图如下图：
由表1还可以看出，实测发热量与回归方程所计算的发热量存在一定差值，最大差值为g（有两个数据大于300cal/g，属于可疑数据），最小差值仅为g，可见，回归方程计算结果与实测值的对应性较好。
为此，我们由图3可以直观的反映出来：
（2）对应用基发热量和干基灰分的回归方程进行数据分析
收集了新汶矿区2000年1月~2004年12月份的分析数据共10组，数据见下表。
表2
编号
全水% 灰分Ad% 实测发热量发热量(回归方程计算值) 实测值与计算值差值（cal/g）
1 22325 22941 147
2 24060 24165 25
3 21825 22050 54
4 24666 24641 6
5 22209 22178 31
6 21728 21739 11
7 21849 21653 47
8 22743 22350 94
9 22547 23082 128
10 23759 23748 3
由表2可以看出，回归方程计算值与实测发热量差值最大为147cal/g，最小为3cal/g，回归方程计算的应用基低位发热量结果与实测值的对应性较好。
三、回归方程的实际应用
我们推导出的回归方程在实际工作中可用于预测新汶矿区煤的高位干基发热量和应用基低位发热量。
下面举例说明：
例1：某一混煤的Ad为%，全水为%，用回归方程可计算发热量：
=（6043Kcal/kg）=33751-366Ad-361Mt+=33751-366**+**= MJ/kg（5247Kcal/kg）
例2：某一次煤的Ad为45%，全水为%，同样可用回归方程计算发热量：
=（4300Kcal/kg）=33751-366Ad-361Mt+=33751-366*45-361*+*45*= MJ/kg（3733Kcal/kg）。