锅炉能效测试中烟煤氢含量计算方法

叶赞威，吴初军，何莉娜

（1. 绍兴市能源检测院，浙江绍兴，312071；2. 绍兴市质量技术监督检测院，浙江绍兴，312071）

锅炉能效测试中烟煤氢含量计算方法

叶赞威1，吴初军1，何莉娜2

（1. 绍兴市能源检测院，浙江绍兴，312071；2. 绍兴市质量技术监督检测院，浙江绍兴，312071）

氢含量是计算烟煤收到基低位发热量必不可少的参数。本文根据发热量计算理论推导得出烟煤中氢含量计算方程，并进而通过比较分析研究，得到相关数据并计算出烟煤中的氢含量，且具有较高精度。本文为计算收到基低位发热值提供了较为可靠的氢数据，为锅炉能效计算提供了必要的数据支持。

锅炉能效测试；烟煤；工业分析；氢

引言

燃煤工业分析、元素分析是锅炉能效测试的重要检测项目，为计算锅炉效率、研讨锅炉燃烧技术、进行相关热力计算等提供必需的数据依据。对大多数实验室而言，燃煤工业分析比元素分析容易，设备投入较少，操作简单，分析时间短，且已足工业生产分析需要。然而，工业分析中重要一项——发热量测定，一般测定的是弹桶恒容发热量，需硫、氢含量才能换算为恒容低位发热量，而低位发热值是燃煤的重要指标，且是计算锅炉效率的重要数据，不可或缺。元素分析设备价值昂贵，多数实验室不具备。再者，目前工业生产中普遍使用的是燃烧性能较好、价格相对低廉的烟煤。基于此，本文结合实际工作中的大量数据积累，通过总结归纳，从发热值计算公式入手推导得出烟煤中氢含量计算公式，具有较高的计算精度，为计算收到基低位发热值提供较为可靠的氢数据，具有较高的应用价值［1-6］。

收到基低位发热值指以收到状态单位质量的煤燃烧后产生热量的值。

1 数学建模及公式推导

1.1输入参数及目标值确立

建模的首要工作是确立预期目标（即输出）及已知参数（即输入）。本文以煤的分析基（空气干燥基）数据（包括水分、灰分、挥发分）为输入量（固定碳通过计算得出），以分析基的氢含量、可燃基（干燥无灰基）氢含量为输出量。现对公式推导中所涉及符号做以下约定：M为水分，A为灰分，V为挥发分，FC为固定碳，CRC为焦渣特征，H为氢，Qgr，V为恒容高位发热值，Qnet，V为恒容低位发热值，下标ad代表空气干燥基，下标d代表干燥基，下标daf代表干燥无灰基。

1.2公式推导

（1）依据定义计算分析基高、低位发热量差值煤的分析基恒容地位发热值计算式为［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的单位为J/g。

（2）依据经验公式计算分析基高、低位发热量差值

对于烟煤，其分析基高、低位发热值关系式如下［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）*项只在计算Vdaf＜35%且Mad＞3%的烟煤发热量时计算。

联立式（3）和式（4），简化得：

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

又100-（Mad+Aad）=FCad+Vad，并记△K=K1-K1'，于是式（5）可转化为：

△Q=△K（FCad+Vad）+6Mad+3Vad（6）

式（6）中△Q的单位为cal/g。

（3）联立推导烟煤中氢含量计算公式

联立式（1）与式（5）并考虑单位换算，得出烟煤中氢含量计算公式为：

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

（4）系数△K的计算

式（3）和式（4）中，K1与K1'为一系列常数值，两者均与煤的焦渣特征CRC及可燃基挥发分Vdaf有关，因此可将△K表示为△K（CRC，Vdaf）。针对△K的取值，本文并未采取简单的数学加减，而是采用函数算术平均，即：

△K=（∫0vdaf△K（V，CRC）dV）/Vdaf（8）

式（8）中，V代表可燃基挥发分变量，而Vdaf为当前煤样的可燃基挥发分含量。依据文献［2］中表3-4-4及表3-3-8，可得△K与CRC、Vdaf关系表。考虑到上述表格中，CRC=1～7、Vdaf10%以及CRC=8、Vdaf?13两区域内△K无数值，针对这一区域，参考文献［2］中无烟煤热值经验计算方法，有对于无烟煤，其分析基高、低位发热值的关系式：

Qnet，v，ad=K0-80Mad-90Aad（9）

Qgr，v，ad=K0'-86Mad-92Aad-24Vad（10）

联立式（9）与式（10）可得：

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

文献［2］中，K0与K0'与挥发分有关，且与挥发分的对应关系相同，因此有K0= K0'。于是，式（11）可简化为：

△Q= 6Mad+2Aad+24Vad（12）

式（12）中△Q的单位为cal/g。

联立式（12）和式（6）得：

△K=2A0/（100-A0-M0）+0.21Vdaf（13）

对△K空白区积分求和得：

｛

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）

结合文献［2］中的相关表格，可得烟煤的△K与Vdaf、CRC的关系，如表1所示。

表1　烟煤的△K与Vdaf、CRC关系表

接表1

少数极高灰分（Adaf＞40%）烟煤，计算误差较大，可能达到0.5%以上，此时根据参考文献［2］中式2-7-38，对Vdaf进行校正，将校正后的Vdaf数值代入上述公式进行计算。

2 计算实例

本文对文献［2］中几种标准煤样进行了验算，结果如表2所示：

从表2可以计算出，本文提出的利用工业分析结果计算烟煤中氢含量的方法，计算精度相当高（计算值与实测值之差一般不超过±0.3%），普适性强，且可用于高灰分烟煤氢含量计算。

表2　计算比对

3 结束语

开展锅炉能效测试是特种设备节能监管的重要抓手。煤作为锅炉的主要燃料，其工业分析、元素分析直接关系到锅炉能效测试的可靠性、权威性。而氢含量直接影响煤的低位发热值（工业分析的主要项目之一）。本文的研究另辟蹊径，找到一种计算氢含量的方法，精度极高，具有相当高的实际应用价值。

［1］GB/T 213-2008. 煤的发热量测定方法［S］.

［2］石达，于畅. 现代配煤生产配方优化设计、工艺控制及煤质评定标准实务全书［M］. 北京:当代中国音像出版社，2005.

［3］GB/T 10180-2003. 工业锅炉热工性能试验规程［S］.

［4］GB 10184-88. 电站锅炉性能试验规程［S］.

［5］GB/T 483-2007. 煤炭分析试验方法一般规定［S］.

［6］于瑞生， 伦国瑞. 利用煤的热值和工业分析数据计算煤中各主要元素含量［J］. 华东电力， 1996（3）:33-36.

叶赞威（1983-），2007年7月毕业于南京理工大学，热能工程硕士学位，工程师，目前从事特种设备能源效率检测工作。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

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.037