基于SPSS的高挥发分烟煤煤质变化影响因素研究

沈朝峰 陆 超 汪后港 张 磊 曾 彬 秦 岭 包 军

（华电电力科学研究院，浙江省杭州市，310030）

基于SPSS的高挥发分烟煤煤质变化影响因素研究

沈朝峰 陆 超 汪后港 张 磊 曾 彬 秦 岭 包 军

（华电电力科学研究院，浙江省杭州市，310030）

选用干燥无灰基挥发分含量为28%～37%的高挥发分烟煤进行试验，将不同灰分的试验样品在自然条件下密封放置10～60 d，得到样品试验前后灰分、挥发分、发热量等煤质数据。使用统计产品与服务解决方案（SPSS）对数据进行统计分析。分析结果表明，灰分与挥发分、发热量呈现负相关，挥发分与发热量呈现正相关，表明灰分、挥发分、发热量三者之间存在相互关联变化；试验时间与挥发分、发热量等煤质参数变化不相关，在一定时间内，试验时间对高挥发分烟煤在自然条件下储存的煤质变化不产生影响；灰分与挥发分、发热量等变化显著负相关，表明灰分能够显著影响高挥发分烟煤煤质变化过程。

烟煤 高挥发分 煤质 统计产品与服务解决方案

高挥发分烟煤具有较高的挥发分含量及水分，在一定储存条件下挥发分的释放较为迅速，会发生较为强烈的氧化反应使得煤质发生改变。因此，研究高挥发分烟煤在自然条件下的氧化变质的影响因素，能够进一步指导生产过程，促进其清洁高效利用。

统计产品与服务解决方案（SPSS，Statistical Product and Service Solutions），是世界上应用最广泛的标准专业统计软件，被广泛用于经济学、生物学等各个领域，在煤炭应用领域也有较多的应用。本文利用SPSS研究了高挥发分烟煤在自然条件下的煤质变化规律，确定影响其变化的因素。

1　试验部分

1.1试验方法

选择干燥无灰基挥发分（Vdaf）含量为28%～37%的烟煤进行试验。将煤样制备成粒度为3 mm的样品，等质量分成两部分，一部分在自然条件下密封放置，另一部分制成粒度为0.2 mm的一般分析煤样，并将样品进行化验，测定其灰分、挥发分、发热量、全硫含量等煤质参数。当3 mm试验煤样放置一定天数后，对样品重复上述制样、化验过程，得到放置后的煤质参数。为保证数据的代表性和完整性，放置时间从10～60 d连续不间断，且在每个放置时间点随机选择不同灰分的样品进行试验。

1.2数据分析

将同一样品试验前后得到的2组化验数据进行汇总，得到其干基灰分Ad、干基挥发分Vdaf以及干基高位发热量Q，并计算出试验前后同一灰分下不同样品的Ad、Vdaf、Q以及同一试验时间下Ad、Vdaf、Q的变化值，以ΔAd、ΔVdaf、ΔQ表示。

数据统计分析在SPSS软件中进行，首先使用SPSS探索分析，检查数据中存在的奇异值和极端值，并按照数理统计原理将奇异值和极端值剔除，再利用SPSS中回归、相关等分析方法进行统计分析。

2　结果与讨论

2.1煤质参数相关性

试验测得样品全硫含量为0.50%～2.00%，SPSS分析结果表明，在试验前后，各试验样品全硫含量变化值的极大和极小值均小于再现性临界差0.25%，变化均值为0.00%，方差为0.005，可以认为是试验误差所致。这说明煤样中全硫含量在试验前后未发生实质性变化，在自然环境中放置煤样，不能使其全硫逸出或发生变化。因此在本文后述分析中均不考虑全硫的变化特性及其对其它指标的影响。

为了探究试验样品Ad、Vdaf、Q三者之间的相互关系，利用SPSS对试验样品煤质各参数进行了回归模型研究，研究结果见表1。

表1　试验样品煤质各指标相互关系表

由表1可知，F统计量和t统计量的显著性概率Sig.均为0.000，小于置信度0.05，说明因变量和自变量的线性关系是显著的，线性关系成立，表明试验样品Ad、与Q、Vdaf两个指标存在较强的负线性相关，标准系数分别达到-0.967和-0.935，Vdaf与Q存在较强的正线性相关，标准系数达到0.899。

为了更直观地表达Ad与Vdaf、Q的关系，将试验前Ad、Vdaf、Q数据绘图，得到三者的关系曲线如图1所示。

由表1和图1可知，试验样品的Ad、Vdaf、Q三者之间存在明显的线性关系，在自然条件下三者存在一定的关联氧化变质。

2.2试验前后煤质参数变化

相同试验时间内的样品灰分、挥发分以及发热量平均变化值如图2所示。

由图2可知，挥发分变化值比灰分变化值平均高0.20%，这与煤炭特性有关，煤中灰分相对稳定，不易发生变化，而挥发分是煤中易挥发的物质，也是煤炭氧化的主要组分。ΔQ为正值说明高挥发分烟煤在一定放置时间内，其发热量会有所降低。当储存时间为60 d时，降低值达到最大，为323 J/g，其余均在300 J/g以下，即在发热量测定再现性临界差以下。这表明高挥发分烟煤降低值有限。根据之前的相关研究，褐煤在相同放置时间内发热量降低可达到500 J/g以上，可见高挥发分烟煤氧化过程不如褐煤剧烈，这与煤质特性本身是相吻合的。

随着试验时间的增加，Ad、Vdaf、Q这三个煤质指标变化出现轻微的增大趋势，这表明试验时间对高挥发分烟煤在自然条件下的煤质变化影响有限。

当试验时间达到30 d时，不同灰分的样品在此试验时间下各煤质参数变化值如图3所示。

图1　Ad与Vdaf、Q的关系图

图2　不同试验时间样品各参数变化图

图3　不同灰分样品各参数变化图

由图3可知，随着灰分的增加，挥发分和发热量两个参数变化值有降低的趋势，但降低的绝对值并不大，而灰分变化值有一定程度的增大，这是因为灰分增加，煤中挥发分含量降低，发热量也降低，故在变化绝对值上有一定程度的降低。

比较图2和图3可知，灰分、挥发分、发热量在不同灰分和不同试验时间下变化值较接近，Vdaf变化值在0.40%以下，Q变化值在200 J/g上下波动。由表1和图3可知，随着灰分含量增加，当Ad大于40.00%、Vdaf为20.00%、Q为11000 J/g时，ΔAd开始出现正值，ΔQ和ΔVdaf开始出现负值。考虑到检测误差，这不违背煤炭在自然条件下会氧化变质的特性，同时说明对于灰分大于40%的劣质烟煤，在自然条件下储存，煤质不会发生剧烈的变化，也表明灰分的大小能够有效影响试验样品煤质变化特性。

2.3煤质各参数影响因素分析

由于试验时间和灰分等不同均可能影响煤质变化特性，为了研究试验时间和灰分对煤质变化的相关方向和相关程度，对试验数据进行了相关分析研究。

利用SPSS软件对试验时间和发热量变化值、挥发分变化值分别进行了相关分析，由于试验时间不满足正态分布，故而在分析过程的 “相关系数”选项框下选择输出“Spearman相关系数”。试验时间和灰分均会影响到变化特性，仅使用双变量相关分析不能真实反映试验时间对煤质变化的影响，所以使用偏相关分析进行分析，在控制其他变量的线性影响下，分析变量间的线性相关，偏相关分析中选取 “干基灰分Ad”作为控制变量。分析结果见表2和表3。

表2　试验时间对Q和Vdaf变化影响的双变量相关分析

由表2可知，试验时间与ΔQ、ΔVd之间的Spearman相关系数分别为0.028、0.008，表明试验时间和ΔQ、ΔVd之间存在较弱的不完全相关。同时试验时间与ΔQ、ΔVd之间不相关的双侧显著性值分别为0.511、0.841，均大于0.01，表明在0.01的显著性水平上试验时间和ΔQ、ΔVd之间不相关。

由表3可知，在以 “干基灰分Ad”作为控制变量的条件下，试验时间和ΔQ与ΔVdaf之间的偏相关系数分别为0.046、-0.009，表明试验时间与ΔQ、ΔVdaf之间存在较弱的不完全相关。试验时间与ΔQ、ΔVdaf之间的显著性水平分别为0.271和0.825，因此可以认为试验时间与ΔQ、ΔVdaf不存在相关关系。偏相关分析与双变量相关分析结果一致，因此试验时间对高挥发分烟煤在自然条件下储存的煤质变化不产生影响。

表3　试验时间对Q和Vdaf变化影响的偏相关分析

与试验时间对发热量和挥发分影响的分析过程一致，进行了灰分对发热量和挥发分的双变量相关分析和偏相关分析。在进行偏相关分析时，以 “试验时间”作为控制变量。双变量相关分析和偏相关分析结果分别见表4和表5。

表4　灰分对Q和Vdaf变化影响的双变量相关分析

表5　灰分对Q和Vd变化影响的偏相关分析

由表4可知，灰分对ΔQ和ΔVdaf的Spearman相关系数分别为-0.252和-0.255，干基灰分与ΔQ和ΔVdaf存在一定的不完全相关。因为Spearman相关系数为负值，此相关性为负相关，即煤中灰分增加，发热量和挥发分的变化值会减少。同时Sig.（双侧）值均为0.000，小于0.01，表示在0.01的显著性水平上否定了二者不相关的假设，即干基灰分Ad与ΔQ和ΔVdaf显著相关。

由表5可知，Ad与ΔQ和ΔVdaf的相关系数分别达到-0.217和-0.259，双侧显著性值也均为0.000，说明在以 “试验时间”为控制变量的偏相关分析中，Ad与ΔQ、ΔVdaf也显著相关。与表4分析结果一致。

3　结论

（1）试验煤样灰分与挥发分、发热量存在较强的负相关关系，标准系数达到-0.935和-0.967。

（2）高挥发分烟煤全硫含量在不同放置时间前后无变化，且对其他参数几乎无影响。

（3）10～60 d的试验时间几乎不影响高挥发分烟煤煤质变化程度，在试验时间内，发热量降低值在200 J/g左右波动，挥发分降低值在0.40%波动。

（4）灰分的不同能够显著影响挥发分和发热量的变化，随着灰分含量的增加，发热量和挥发分含量逐渐减少，变化程度也逐渐降低。

［1］ 刘生玉，田亚峻，尤先峰等.高挥发分烟煤的热解、燃烧特性研究［J］.燃料化学学报，2002（1）

［2］ 王江荣，文晖，赵权斌.基于SPSS的贝叶斯逐步线性判别法在煤炭种类识别中的应用 ［J］.选煤技术，2014（5）

［3］ 孙庆芳.基于SPSS软件的重介质旋流器分选主要工艺参数的模型研究 ［D］.徐州:中国矿业大学，2014

［4］ 梅晓仁，陈鹏，高永胜等.基于SPSS的煤质发热量相关因素分析及其回归模型研究 ［J］.中国煤炭，2011（7）

（责任编辑 陶 赛）

Study on influence factors of quality variation for high volatility bituminous coal based on SPSS

Shen Chaofeng，Lu Chao，Wang Hougang，Zhang Lei，Zeng Bin，Qin Ling，Bao Jun
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 310030，China）

The experiment was conducted by using high volatility bituminous coals which has the content of dry ash-free volatile matter between 28%and 37%.The different ash content test samples were sealed for 10 to 60 days under the natural condition，and coal property data before and after the experiment，such as the ash content，volatile matter，calorific value，were obtained.SPSS was used to analyze the data.The analysis results showed that ash content is negatively correlated with volatile matter and calorific value，while volatile matter is positively correlated with calorific value，which indicated the interconnected changes between ash content，volatile matter and calorific value.Further analysis pointed out that test time is not related to volatile matter and calorific value changes，thus test time has no effect on coal quality variation of high volatile bituminous coal under natural conditions.There is significantly negative correlation of ash content to volatile matter and calorific value changes，verifying that ash could evidently affect coal quality variation process of high volatility bituminous coal.

bituminous coal，high volatility，coal quality，SPSS

TQ533

A

沈朝峰（1987-），男，湖北来凤人，工程师，硕士，研究方向为煤炭高效清洁利用和燃料管理。