煤炭元素分析仪性能试验研究

申 健，翟嘉琪，覃 涛，李冠龙

(华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

碳元素和氢元素是煤中有机物的主要组成元素，同时也是煤燃烧时产生热量的重要元素，因此检测这两种元素的含量对于了解煤的变质程度和煤的性质有重要意义[1]。氢含量随煤变质程度的加深而降低，因此可将其作为煤炭科学分类的指标之一。煤中的氢与其他特性有关，主要用来计算收到基低位发热量，而发热量是煤炭贸易结算的重要指标。由于碳氢元素的检测是煤炭检测的重要指标，因此元素分析仪的性能好坏直接关系到其检测结果的准确性。本文根据《燃料元素的快速分析方法》DL/T 568-2013，结合《煤炭成分分析和物理特性测量标准物质应用导则》GB/T 29164-2012，制定了某厂家生产的碳氢元素分析仪性能试验方案并进行试验，对碳氢元素分析仪的精密度和正确度进行评价。

1 标准物质

试验采用的标准物质为3种有证煤标准物质，其碳、氢元素的标准值和扩展不确定度见表1。

2 性能试验方案

选取3种高、中、低不同量值水平的碳、氢有证煤炭标准物质分别进行碳、氢元素分析，试验方法依据《燃料元素的快速分析方法》DL/T568-2013，每种标煤测试次数不少于7次，记录每次测定的样品质量空干基碳、空干基氢。分别从仪器设备的精密度和正确度来评价仪器设备是否符合标准要求。

表1 有证煤标准物质的标准值和扩展不确定度

精密度和正确度评价方法分别依据《煤炭成分分析和物理特性测量标准物质应用导则》GB/T29164-2012中6.2和6.3中单个标准物质多次重复测定法，笔者分别采用3种不同量值水平的碳、氢元素有证煤标准物质检测，分别对其进行高、中、低不同量值水平范围精密度和正确度评价，以全面评价该设备性能。

3 试验结果和分析

3.1 精密度测试

依据GB/T 568-2013，选择GBW11113f、GBW11102p、GBW11105g、GBW11107t共四种有证煤标准物质进行碳、氢元素的测定；依据《煤的工业分析方法》GB/T 212-2008对标煤进行水分检测，将标煤碳、氢元素检测结果换算为干燥基碳和干燥基氢。试验数据见表2。

表2 碳、氢元素试验数据表

计算国家标准规定的重复测定标准差：

式中：r为国家标准中规定的重复性限。

比较仪器测量标准差Srep和国家标准规定的重复测定标准差Sr，GB。若Srep不大于Sr，GB，表明仪器的测量精密度与国家标准规定的方法精密度无显著性差异，满足要求；若Srep大于Sr，GB，则按下列公式进行F检验：

将计算所得的F值与95%置信概率下的方差比(F分布)表中查得的临界值F0.05，6=4.28比较，若F不大于F0.5，6，说明仪器的测量精密度与国家标准规定的方法无显著性差异，符合要求。3种标煤的碳、氢元素精密度计算详见表3和表4。

表3 碳元素测定结果精密度计算

表4 氢元素测定结果精密度计算

由表3和表4可知，对于碳元素，GBW11113f检测结果计算得出Srep不大于Sr，GB，GBW11102p、GBW11105g标煤检测结果计算出F不大于F0.05，6，故3种不同量值水平的碳元素有证煤标准物质检测精密度满足标准要求；对于氢元素，GBW11113f、GBW11105g检测结果计算得出Srep不大于Sr，GB，GBW11107t标煤检测结果计算得出F不大于F0.05，6，故3种不同量值水平的氢元素有证煤标准物质检测精密度满足标准要求。

3.2 正确度测试

若tc不大于2.000，则仪器的测量值与标准值相比未检出显著性偏倚；若tc大于2.000，则仪器的测量值与标准值相比有显著性偏倚。对于上述标准物质，由表5和表6可知，碳和氢元素检测结果的统计量均小于2.000，表明该元素分析仪碳、氢元素的测量值与标准值相比未检出显著性偏倚。

标煤的标准值与测量值的合成不确定度计算公式为：

计算结果详见表7。

表5 碳元素测定结果正确度计算

表7 碳、氢元素测定结果偏倚置信限与合成不确定度比较

根据该仪器设备碳和氢元素检测结果，分别计算其置信限下限和上限，并与标煤的标准值与测量值的合成不确定度比较，GBW11105g的碳元素检测结果偏倚的置信限范围超过其标准值与测量值的合成不确定度，其他标煤碳、氢元素检测结果偏倚的置信限均超过其标准值与测量值的合成不确定度。

4 结 论

根据《燃料元素的快速分析方法》DL/T 568-2013，结合GB/T 29164-2012对某煤炭元素分析仪进行性能试验，得出以下结论：

(1)该红外碳氢仪氢元素检测精密度和正确度满足标准要求；

(2)该红外碳氢仪碳元素检测精密度满足标准要求，但在检测高含量碳元素煤样时，其结果偏倚的置信限超过其标准值与测量值的合成不确定度，说明检测高含量碳元素煤样时，正确度不能满足标准要求。