静电复写纸辅助测定低热值煤发热量的研究

邓 雷，靖剑中，湛传骏，周德伟

［贵州省煤炭产品质量监督检验院（国家煤炭清洁转化质量监督检验中心），贵州六盘水 553000］

0 引 言

煤炭属于不可再生化石能源，煤炭资源需精准综合利用，发热量是衡量煤炭品质的重要指标［1］。近年来，低热值煤及煤矸石的综合利用受到社会的广泛关注和重视［2］。全国现有煤矸石电厂120余座，在动力煤的交易中，发热量是最重要的一个参数，是煤炭贸易中计价的根本依据。煤矸石和低热值煤的热值非常低，灰分通常大于50%［3］，发热量低于15kJ／g，此类煤样存在不能点火或燃烧不完全的现象，致使在发热量测定过程中试验无法连续进行或数据不准确，通常需要添加助燃物才能准确测定其热值。科学准确的检验结果，不仅可以降低用煤企业的生产成本［1］，还可以为低热值煤及煤矸石的应用提供数据支撑，更能有效地减少煤炭贸易供需双方之间的纠纷。对于低热值煤发热量的测定，现行国标推荐的方法是辅助采用擦镜纸、掺烧高热值的标准煤样、苯甲酸等，这些方法的缺点是成本较高和操作繁琐，且会对检测过程和结果带来影响：使用擦镜纸时会对样品造成污染；苯甲酸、高热值煤、擦镜纸单位重量热值较高［4］，会给待测样品带来较高的不确定性［5-6］。

为此，贵州省煤炭产品质量监督检验院（国家煤炭清洁转化质量监督检验中心）通过对同一低热值标准煤样辅助垫衬静电复写纸和包裹擦镜纸测定发热量的对比试验，计算出静电复写纸辅助测定标准煤样热值的准确度、标准偏差、自由度等，并与国标法［7］进行对比，查找出与国标法的差异，以评价静电复写纸作为煤发热量测定辅助燃烧物质的可行性，以及静电复写纸辅助测定低热值煤发热量是否满足国标要求。以下对有关情况作一简介。

1 试验部分

1.1 仪器与材料

低热值煤标准样品1瓶，编号为GSB06-2182-2008-1、ZBM110A，由济南众标科技有限公司生产，其热值Qgr，d＝7600J／g；普通静电复写纸2张，规格为210mm×297mm（A4），由亿王纸业有限公司生产；量热仪1台，设备型号为5E-AC／PL，由长沙开元仪器有限公司生产；高级擦镜纸1本，规格为100mm×150mm，由杭州特种纸业有限公司生产；点火丝1盒，规格为φ0.12mm，数量500根，热值50J／根，由长沙开元仪器有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 静电复写纸热值的测定

将规格为210mm×297mm（A4）静电复写纸平均分切成64份，2张同规格的静电复写纸共分为128份，随机取14份为1个子样品，共进行5次热值测定试验，并计算出每份静电复写纸的热值，试验结果见表1。基于5次平行测定试验数据，计算得出静电复写纸样品单位重量平均热值为12682J／g、样品热值的相对标准偏差（RSD）为0.04%，测定结果满足精密度要求。

表1 静电复写纸热值测定结果

1.2.2 擦镜纸热值的测定

据《煤的发热量测定方法》（GB／T213—2008），将规格为100mm×150mm的擦镜纸均匀裁剪出60页，随机抽取6页为1个子样，共抽取5个子样进行热值测定试验，试验结果见表2。基于5次平行测定试验的数值，计算得出擦镜纸样品单位重量平均热值为16845J／g、样品热值的相对标准偏差（RSD）为0.63%，测定结果满足精密度要求。

表2 擦镜纸热值测定结果

1.2.3 静电复写纸辅助标准煤样热值的测试

用燃烧皿称取编号为ZBM110A的标准煤样0.9～1.1g（精确到0.0002g），将已裁剪好的静电复写纸（选取表1中单位重量平均热值为12682J／g的静电复写纸）随机抽取2份，称取所用静电复写纸的重量，将其垫在量热仪燃烧皿底部，保证静电复写纸部分露于煤样表面，装样品时将点火丝与露出的部分进行接触，对编号为ZBM110A标准煤样用静电复写纸辅助进行5次发热量的平行测定，试验过程中未发现燃烧不完全的现象，试验结果见表3。

表3 静电复写纸辅助测定标准煤样发热量试验结果

1.2.4 擦镜纸辅助标准煤样热值的测试

用燃烧皿称取编号为ZBM110A的标准煤样0.9～1.1g（精确到0.0002g），随机抽取裁剪好的擦镜纸（选取表2中单位重量平均热值为16845J／g的擦镜纸）1页，称取所用擦镜纸的重量，再将待测煤样置于擦镜纸内包裹后放入量热仪燃烧皿内，装点火丝时确保点火丝与擦镜纸接触，对编号为ZBM110A标准煤样用擦镜纸辅助进行5次发热量平行测定，试验过程中未发现燃烧不完全的现象，试验结果见表4。

表4 擦镜纸辅助测定标准煤样发热量试验结果

2 结果与讨论

2.1 静电复写纸辅助测定标准煤样热值的准确度

据《煤和焦炭试验可替代方法确认准则》（GB／T18510—2001）之表2查得tt（0.05，4）［8］为2.776，te＜tt，故可以得出静电复写纸辅助测定煤样热值的方法之偏倚性符合要求。

平均值与标准值之差的95%概率置信限为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之间，静电复写纸辅助测定煤样热值结果之差95%都不会超过12.845 J／g，此数值远小于GB／T 213—2008规定的同一化验室测定结果的允许差120J／g，简言之，静电复写纸辅助测定煤热值符合国标要求。

2.2 静电复写纸辅助测定标准煤样热值的精密度

据GB／T213—2008规定的同一化验室测定结果的复现性（即重现性）为120J／g，计算得出标准偏差SGB＝r／（2×20.5）＝120／（2×20.5）＝42.43J／g，SALT＜SGB，故可认为静电复写纸辅助测定标准煤样热值与GB／T213—2008推荐的方法同样好。由此也可以推断出静电复写纸单位重量热值平行测定的精密度高，热值分布稳定，数据波动性小，单位重量热值的测定结果稳定。

2.3 擦镜纸辅助测定标准煤样热值的准确度

据GB／T18510—2001之表2查得tt（0.05，4）为2.776，te′＜tt，故可以得出擦镜纸辅助测定煤样热值的方法之偏倚性符合要求。

平均值与标准值之差的95%概率置信限为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之间，擦镜纸辅助测定煤样热值结果之差95%都不会超过63.723J／g，此数值小于GB／T213—2008规定的同一化验室测定结果的允许差120J／g，简言之，本次试验数据有效。

2.4 擦镜纸辅助测定标准煤样热值的精密度

根GB／T213—2008规定的同一化验室测定结果的复现性（即重现性）为120J／g，计算得出标准偏差SGB′＝r′／（2×20.5）＝120／（2×20.5）＝42.43J／g，SALT′＜SGB′，本次擦镜纸辅助测定标准煤样热值满足GB／T213—2008要求。

3 结 论

（1）静电复写纸单位重量热值低于擦镜纸及苯甲酸单位重量热值，可作为辅助燃烧物质。

（2）擦镜纸与静电复写纸均适用于低热值煤发热量的辅助测定，无燃烧不完全现象，测定数据均稳定性好、精密度高，均满足国标要求。

（3）静电复写纸单位重量热值稳定性好，在使用时无需反复测定其单位重量热值，而擦镜纸单位重量热值稳定性不高，需经常测定。

（4）对静电复写纸与擦镜纸辅助测定低热值煤发热量的结果进行比较，静电复写纸辅助测定煤热值精密度高于擦镜纸、偏倚性低于擦镜纸，更适用于低热值煤及煤矸石发热量的测定。

（5）静电复写纸与擦镜纸相比，静电复写纸具有取材和操作方便、热值均匀、一次定值可长时间使用等优点，操作时也不会对样品产生二次污染，有利于测得煤样热值的真值。

值得一提的是，因贵州省煤炭产品质量监督检验院（国家煤炭清洁转化质量监督检验中心）属贵州省煤炭贸易仲裁单位，日常工作中须严格按照法律法规及相关检测标准执行，日常样品检验检测仍然是依据GB／T213—2008进行，这种静电复写纸辅助测定低热值煤发热量的方法只用于科研研究（作为参考），不过希望本检测方法能给业内一些启示和参考。