煤巖學(xué)角度分析線性規(guī)劃法配煤入洗試驗(yàn)研究的可行性

孫景丹，張文斌，孟令麗，羅嬌贏

(黑龍江工業(yè)學(xué)院 環(huán)境工程系，黑龍江 雞西　158100)

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煤巖學(xué)角度分析線性規(guī)劃法
配煤入洗試驗(yàn)研究的可行性

孫景丹，張文斌，孟令麗，羅嬌贏

(黑龍江工業(yè)學(xué)院 環(huán)境工程系，黑龍江 雞西158100)

摘要：擬利用線性規(guī)劃法建立配煤數(shù)學(xué)模型，通過(guò)求解配煤模型優(yōu)化出最佳配比指導(dǎo)配煤入洗，利用煤巖學(xué)中鏡質(zhì)組反射率辨別參與配煤的三種煤及配煤入洗后所得精煤都符合給定煤牌號(hào)，驗(yàn)證了基于線性規(guī)劃法配煤入洗試驗(yàn)的可行性。

關(guān)鍵詞：配煤；線性規(guī)劃；煤巖學(xué)；鏡質(zhì)組反射率

作為一個(gè)鋼鐵大國(guó)，我國(guó)每年用于煉鋼的焦炭量是十分龐大的，全國(guó)煤炭資源不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模單種煤煉焦的要求，這使得配煤在煉焦行業(yè)中越來(lái)越重要。[1]配煤作為穩(wěn)定煉焦煤質(zhì)量的一種有效方法，實(shí)現(xiàn)了有效利用煤炭資源，節(jié)省優(yōu)質(zhì)焦煤資源作用，使得用于煉焦使用的煤的種類增加，降低焦炭產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，獲得較好的綜合效益，實(shí)現(xiàn)煉焦行業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。[2-4]

本文作者結(jié)合雞西當(dāng)?shù)厝N煉焦煤實(shí)際情況，采用線性規(guī)劃法優(yōu)化配煤入洗研究，用煤巖方法中鏡質(zhì)組反射率指標(biāo)對(duì)試驗(yàn)可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

1試驗(yàn)條件

1.1樣品。

試驗(yàn)以雞西產(chǎn)的三種煤：1/3焦煤、主焦煤、肥煤為試驗(yàn)研究對(duì)象，進(jìn)行了基于線性規(guī)劃法配煤入洗煉焦試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究中三種試驗(yàn)煤煤質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1，煉焦煤質(zhì)指標(biāo)要求見(jiàn)表2。

表1　試驗(yàn)煤種煤質(zhì)指標(biāo)

表2　煉焦煤煤質(zhì)指標(biāo)

1.2配煤優(yōu)化方案的建立。

根據(jù)配煤煉焦的理論可知，焦炭產(chǎn)品質(zhì)量的好壞在配煤和煉焦生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟的條件下，主要取決于配合煤煤質(zhì)質(zhì)量。[5]配合煤的各項(xiàng)煤質(zhì)指標(biāo)與各混配單種煤煤質(zhì)指標(biāo)之間是存在線性相關(guān)性，所以配合煤質(zhì)量主要由參與配合的各單種煤的質(zhì)量和配合比例共同決定。[6-7]應(yīng)用線性規(guī)劃數(shù)學(xué)方法首先應(yīng)該先明確和生產(chǎn)息息相關(guān)的參數(shù)變量，確定它們之間存在的約束條件，建立線性相關(guān)性方程，通過(guò)求解線性相關(guān)方程來(lái)求解最優(yōu)配比。

建立配煤優(yōu)化模型，以煉焦煤煤質(zhì)指標(biāo)要求及三種配合煤煤質(zhì)指標(biāo)為約束條件，配合煤成本價(jià)最低為目標(biāo)函數(shù)。[8]配煤優(yōu)化模型如下：

目標(biāo)函數(shù)：

f(x)=c1x1+c2x2+……+cnxn

(1)

約束條件：

x1+x2+……+xn=1

(2)

灰分約束條件：

0.1≤a11x1+a12x2+……+a1nxn≤12.0

(3)

揮發(fā)分約束條件：

25≤a21x1+a22x2+……+a2nxn≤30

(4)

硫分約束條件：

0.4≤a31x1+a32x2+……+a3nxn≤1.0

(5)

膠質(zhì)層厚度約束條件：

16≤a41x1+a42x2+……+a4nxn≤20

(6)

式中：xi為各單種煤配煤比例，xi≥0，i=1,2,…,n；

f(x)為原煤總成本價(jià)；

a1i為煤的灰分，xi≥0，i=1,2,…,n；

a2i為煤的揮發(fā)分，xi≥0，i=1,2,…,n；

a3i為煤的硫分，xi≥0，i=1,2,…,n；

a4i為煤的膠質(zhì)層厚度，xi≥0，i=1,2,…,n；

ci為各種煤的價(jià)格，xi≥0，i=1,2,…,n。

根據(jù)配煤優(yōu)化模型，求解出最佳配比，見(jiàn)表3。

表3　線性優(yōu)化結(jié)果

2煤巖學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)設(shè)備及方法。

鏡質(zhì)組反射率是煤的一個(gè)重要煤化度指標(biāo)，它不因煤中煤巖組成含量變化而變化，是一項(xiàng)穩(wěn)定的煤化指標(biāo)。[9]本文中驗(yàn)證試驗(yàn)所用的設(shè)備是煤巖分析系統(tǒng)SCOPA1顯微光度計(jì)，依據(jù)GB/T6948-2008《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測(cè)定方法》自動(dòng)測(cè)定煤的鏡質(zhì)組最大平均反射率及鏡質(zhì)組反射率分布圖。[10-11]對(duì)浮沉試驗(yàn)洗選后三種精煤及按照最佳配比混合后的混合煤樣依次進(jìn)行粉碎、縮分、篩分步驟制約1g左右粒度在0.2～1mm的粉煤煤樣，將煤樣和不飽和樹(shù)脂裝入硅橡膠模具中，按比例混合均勻后，冷固成型，最后進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光制成符合標(biāo)準(zhǔn)的粉煤煤樣光片。[12]

3煤巖分析試驗(yàn)結(jié)果

3.1單種煤的煤巖分析。

本文利用鏡質(zhì)組平均最大反射率和鏡質(zhì)組反射率分布圖，判斷三種單質(zhì)煤煤質(zhì)指標(biāo)是否符合為混煤及利用三種煤混配后混煤是否能達(dá)到煉焦的標(biāo)準(zhǔn)，以此驗(yàn)證試驗(yàn)可行性。[13]依據(jù)鏡質(zhì)組反射率測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)差值和反射率分布圖特征辨別煤樣是否為混煤現(xiàn)象，反射率標(biāo)準(zhǔn)差值小于0.1的煤樣定為單種煤樣，標(biāo)準(zhǔn)差值大于0.1為混合煤樣，將標(biāo)準(zhǔn)差值大于0.2，視為嚴(yán)重混煤情況。從鏡質(zhì)組反射率分布圖的特征來(lái)分類，一般分四種類型。[14]

(1) 反射率分布圖呈正態(tài)分布，且分布區(qū)間較窄的煤樣視為單一煤種。[15]

(2) 反射率分布圖出現(xiàn)一個(gè)主峰和一個(gè)或多個(gè)小肩峰，同時(shí)分布區(qū)間較寬， 具有這種特性反射率分布圖的煤樣被視為單一煤種中混有少量其它煤種。[15]

(3) 反射率分布圖出現(xiàn)雙峰分布且峰值有間距，分布區(qū)寬視為由兩種性質(zhì)相差很大煤樣組成。[15]

(4) 當(dāng)由多種煤質(zhì)指標(biāo)相差很大的煤樣組成時(shí)，這種混合煤樣的反射率分布圖多呈現(xiàn)多峰分布，且分布區(qū)間較寬。

依據(jù)GB/T6948-2008《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測(cè)定方法》[11]測(cè)定三單種煤及混配后煤樣，測(cè)定結(jié)果如下。

表4　主焦煤煤巖分析結(jié)果

圖1　主焦煤鏡質(zhì)組反射率分布圖Figure 1　The vitrinite reflectance distribution figure of coking coal

表5　1/3焦煤煤巖分析結(jié)果

圖2　1/3焦煤鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率分布圖Figure 2　The vitrinite reflectance distribution of 1/3 coking coal

表6　肥煤煤巖分析結(jié)果

圖3　肥煤鏡質(zhì)組隨機(jī)反射率分布圖Figure 3　The vitrinite reflectance distribution of fat coal

3.2混合煤的煤巖分析。

按配煤優(yōu)化模型求解出最優(yōu)配比，即18%的主焦煤、32%的1/3焦煤、50%的肥煤進(jìn)行混合進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)制得精煤煤樣進(jìn)行煤巖分析，所得試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表7　配合煤煤樣煤巖分析結(jié)果

圖4　配合煤鏡質(zhì)組反射率直方圖Figure 4　The Vitrinite reflectance distribution of blending coal

從表7中數(shù)據(jù)看出配合煤的加權(quán)平均最大鏡質(zhì)組反射率為1.096，在煉焦煤范圍內(nèi)，是可以作為煉焦用煤使用的，且標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.123值可知為混煤。

4小結(jié)

本文利用煤巖系統(tǒng)對(duì)三種洗選精煤及按線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型優(yōu)化最佳配比進(jìn)行混配后的配合煤進(jìn)行了鏡質(zhì)組反射率的測(cè)定。對(duì)試驗(yàn)中測(cè)試所得到鏡質(zhì)組最大反射率及鏡質(zhì)組反射率直方圖試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：煤巖分析系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)中煤樣及配煤入洗后所得煤樣的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了基于線性規(guī)劃法所建立配煤數(shù)學(xué)模型求解出最優(yōu)配比進(jìn)行配煤入洗煉焦方法是可行的。

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Class No.:TD94Document Mark：A

(責(zé)任編輯：鄭英玲)

Feasibility Analysis of the Linear Programming Used in the Coal Blending From the Perspective of Coal Petrology

Sun Jingdan, Zhang Wenbin, Meng Lingli, Luo Jiaoying

(Environmental Engineering Department , Heilongjiang University of Technology ,Jixi, Heilongjiang 158100，China)

Abstract：With the linear programmingmathematical model of coal blending, we try to establish a mathematical model of coal blending to solve the optimal model of coal blending ratio of coal blending . The coal petrography in vitrinite reflectance , can be used to distinguish the coal blending of three kinds of coals and the coal washed should be in line with the given coal grades. The paper verifies the feasibility of linear programming method based on the test of coal blending.

Key words：coal blending;linear programming; anthracology; vitrinite reflectance

中圖分類號(hào)：TD94

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-6758(2016)04-0039-4

基金項(xiàng)目：雞西市科學(xué)技術(shù)局“基于線性規(guī)劃法的配煤入選研究”(編號(hào)：2015S186)。

作者簡(jiǎn)介：孫景丹，碩士，助教，黑龍江工業(yè)學(xué)院環(huán)境工程系。