靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定低熱值煤發(fā)熱量的研究

鄧 雷，靖劍中，湛傳駿，周德偉

［貴州省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（國(guó)家煤炭清潔轉(zhuǎn)化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心），貴州六盤(pán)水 553000］

0 引 言

煤炭屬于不可再生化石能源，煤炭資源需精準(zhǔn)綜合利用，發(fā)熱量是衡量煤炭品質(zhì)的重要指標(biāo)［1］。近年來(lái)，低熱值煤及煤矸石的綜合利用受到社會(huì)的廣泛關(guān)注和重視［2］。全國(guó)現(xiàn)有煤矸石電廠120余座，在動(dòng)力煤的交易中，發(fā)熱量是最重要的一個(gè)參數(shù)，是煤炭貿(mào)易中計(jì)價(jià)的根本依據(jù)。煤矸石和低熱值煤的熱值非常低，灰分通常大于50%［3］，發(fā)熱量低于15kJ／g，此類(lèi)煤樣存在不能點(diǎn)火或燃燒不完全的現(xiàn)象，致使在發(fā)熱量測(cè)定過(guò)程中試驗(yàn)無(wú)法連續(xù)進(jìn)行或數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，通常需要添加助燃物才能準(zhǔn)確測(cè)定其熱值?？茖W(xué)準(zhǔn)確的檢驗(yàn)結(jié)果，不僅可以降低用煤企業(yè)的生產(chǎn)成本［1］，還可以為低熱值煤及煤矸石的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，更能有效地減少煤炭貿(mào)易供需雙方之間的糾紛。對(duì)于低熱值煤發(fā)熱量的測(cè)定，現(xiàn)行國(guó)標(biāo)推薦的方法是輔助采用擦鏡紙、摻燒高熱值的標(biāo)準(zhǔn)煤樣、苯甲酸等，這些方法的缺點(diǎn)是成本較高和操作繁瑣，且會(huì)對(duì)檢測(cè)過(guò)程和結(jié)果帶來(lái)影響：使用擦鏡紙時(shí)會(huì)對(duì)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(huì)給待測(cè)樣品帶來(lái)較高的不確定性［5-6］。

為此，貴州省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（國(guó)家煤炭清潔轉(zhuǎn)化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）通過(guò)對(duì)同一低熱值標(biāo)準(zhǔn)煤樣輔助墊襯靜電復(fù)寫(xiě)紙和包裹擦鏡紙測(cè)定發(fā)熱量的對(duì)比試驗(yàn)，計(jì)算出靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的準(zhǔn)確度、標(biāo)準(zhǔn)偏差、自由度等，并與國(guó)標(biāo)法［7］進(jìn)行對(duì)比，查找出與國(guó)標(biāo)法的差異，以評(píng)價(jià)靜電復(fù)寫(xiě)紙作為煤發(fā)熱量測(cè)定輔助燃燒物質(zhì)的可行性，以及靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定低熱值煤發(fā)熱量是否滿足國(guó)標(biāo)要求。以下對(duì)有關(guān)情況作一簡(jiǎn)介。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

低熱值煤標(biāo)準(zhǔn)樣品1瓶，編號(hào)為GSB06-2182-2008-1、ZBM110A，由濟(jì)南眾標(biāo)科技有限公司生產(chǎn)，其熱值Qgr，d＝7600J／g；普通靜電復(fù)寫(xiě)紙2張，規(guī)格為210mm×297mm（A4），由億王紙業(yè)有限公司生產(chǎn)；量熱儀1臺(tái)，設(shè)備型號(hào)為5E-AC／PL，由長(zhǎng)沙開(kāi)元儀器有限公司生產(chǎn)；高級(jí)擦鏡紙1本，規(guī)格為100mm×150mm，由杭州特種紙業(yè)有限公司生產(chǎn)；點(diǎn)火絲1盒，規(guī)格為φ0.12mm，數(shù)量500根，熱值50J／根，由長(zhǎng)沙開(kāi)元儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 靜電復(fù)寫(xiě)紙熱值的測(cè)定

將規(guī)格為210mm×297mm（A4）靜電復(fù)寫(xiě)紙平均分切成64份，2張同規(guī)格的靜電復(fù)寫(xiě)紙共分為128份，隨機(jī)取14份為1個(gè)子樣品，共進(jìn)行5次熱值測(cè)定試驗(yàn)，并計(jì)算出每份靜電復(fù)寫(xiě)紙的熱值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?；?次平行測(cè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出靜電復(fù)寫(xiě)紙樣品單位重量平均熱值為12682J／g、樣品熱值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.04%，測(cè)定結(jié)果滿足精密度要求。

表1 靜電復(fù)寫(xiě)紙熱值測(cè)定結(jié)果

1.2.2 擦鏡紙熱值的測(cè)定

據(jù)《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》（GB／T213—2008），將規(guī)格為100mm×150mm的擦鏡紙均勻裁剪出60頁(yè)，隨機(jī)抽取6頁(yè)為1個(gè)子樣，共抽取5個(gè)子樣進(jìn)行熱值測(cè)定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。基于5次平行測(cè)定試驗(yàn)的數(shù)值，計(jì)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.63%，測(cè)定結(jié)果滿足精密度要求。

表2 擦鏡紙熱值測(cè)定結(jié)果

1.2.3 靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的測(cè)試

用燃燒皿稱(chēng)取編號(hào)為ZBM110A的標(biāo)準(zhǔn)煤樣0.9～1.1g（精確到0.0002g），將已裁剪好的靜電復(fù)寫(xiě)紙（選取表1中單位重量平均熱值為12682J／g的靜電復(fù)寫(xiě)紙）隨機(jī)抽取2份，稱(chēng)取所用靜電復(fù)寫(xiě)紙的重量，將其墊在量熱儀燃燒皿底部，保證靜電復(fù)寫(xiě)紙部分露于煤樣表面，裝樣品時(shí)將點(diǎn)火絲與露出的部分進(jìn)行接觸，對(duì)編號(hào)為ZBM110A標(biāo)準(zhǔn)煤樣用靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助進(jìn)行5次發(fā)熱量的平行測(cè)定，試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)燃燒不完全的現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣發(fā)熱量試驗(yàn)結(jié)果

1.2.4 擦鏡紙輔助標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的測(cè)試

用燃燒皿稱(chēng)取編號(hào)為ZBM110A的標(biāo)準(zhǔn)煤樣0.9～1.1g（精確到0.0002g），隨機(jī)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(yè)，稱(chēng)取所用擦鏡紙的重量，再將待測(cè)煤樣置于擦鏡紙內(nèi)包裹后放入量熱儀燃燒皿內(nèi)，裝點(diǎn)火絲時(shí)確保點(diǎn)火絲與擦鏡紙接觸，對(duì)編號(hào)為ZBM110A標(biāo)準(zhǔn)煤樣用擦鏡紙輔助進(jìn)行5次發(fā)熱量平行測(cè)定，試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)燃燒不完全的現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 擦鏡紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣發(fā)熱量試驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)果與討論

2.1 靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的準(zhǔn)確度

據(jù)《煤和焦炭試驗(yàn)可替代方法確認(rèn)準(zhǔn)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(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定煤樣熱值的方法之偏倚性符合要求。

平均值與標(biāo)準(zhǔn)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(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定煤樣熱值結(jié)果之差95%都不會(huì)超過(guò)12.845 J／g，此數(shù)值遠(yuǎn)小于GB／T 213—2008規(guī)定的同一化驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的允許差120J／g，簡(jiǎn)言之，靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定煤熱值符合國(guó)標(biāo)要求。

2.2 靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的精密度

據(jù)GB／T213—2008規(guī)定的同一化驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性（即重現(xiàn)性）為120J／g，計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)偏差SGB＝r／（2×20.5）＝120／（2×20.5）＝42.43J／g，SALT＜SGB，故可認(rèn)為靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)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(fù)寫(xiě)紙單位重量熱值平行測(cè)定的精密度高，熱值分布穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動(dòng)性小，單位重量熱值的測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定。

2.3 擦鏡紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的準(zhǔn)確度

據(jù)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(cè)定煤樣熱值的方法之偏倚性符合要求。

平均值與標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定煤樣熱值結(jié)果之差95%都不會(huì)超過(guò)63.723J／g，此數(shù)值小于GB／T213—2008規(guī)定的同一化驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的允許差120J／g，簡(jiǎn)言之，本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。

2.4 擦鏡紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值的精密度

根GB／T213—2008規(guī)定的同一化驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性（即重現(xiàn)性）為120J／g，計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)偏差SGB′＝r′／（2×20.5）＝120／（2×20.5）＝42.43J／g，SALT′＜SGB′，本次擦鏡紙輔助測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)煤樣熱值滿足GB／T213—2008要求。

3 結(jié) 論

（1）靜電復(fù)寫(xiě)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(zhì)。

（2）擦鏡紙與靜電復(fù)寫(xiě)紙均適用于低熱值煤發(fā)熱量的輔助測(cè)定，無(wú)燃燒不完全現(xiàn)象，測(cè)定數(shù)據(jù)均穩(wěn)定性好、精密度高，均滿足國(guó)標(biāo)要求。

（3）靜電復(fù)寫(xiě)紙單位重量熱值穩(wěn)定性好，在使用時(shí)無(wú)需反復(fù)測(cè)定其單位重量熱值，而擦鏡紙單位重量熱值穩(wěn)定性不高，需經(jīng)常測(cè)定。

（4）對(duì)靜電復(fù)寫(xiě)紙與擦鏡紙輔助測(cè)定低熱值煤發(fā)熱量的結(jié)果進(jìn)行比較，靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)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(fā)熱量的測(cè)定。

（5）靜電復(fù)寫(xiě)紙與擦鏡紙相比，靜電復(fù)寫(xiě)紙具有取材和操作方便、熱值均勻、一次定值可長(zhǎng)時(shí)間使用等優(yōu)點(diǎn)，操作時(shí)也不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生二次污染，有利于測(cè)得煤樣熱值的真值。

值得一提的是，因貴州省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院（國(guó)家煤炭清潔轉(zhuǎn)化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）屬貴州省煤炭貿(mào)易仲裁單位，日常工作中須嚴(yán)格按照法律法規(guī)及相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，日常樣品檢驗(yàn)檢測(cè)仍然是依據(jù)GB／T213—2008進(jìn)行，這種靜電復(fù)寫(xiě)紙輔助測(cè)定低熱值煤發(fā)熱量的方法只用于科研研究（作為參考），不過(guò)希望本檢測(cè)方法能給業(yè)內(nèi)一些啟示和參考。