動(dòng)力煤配煤技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

黃萬(wàn)華

(山西西山煤電股份有限公司太原選煤廠，山西 太原 030023)

引 言

動(dòng)力煤為動(dòng)力原料的煤炭，其主要用于火力發(fā)電、鍋爐燃燒、機(jī)車推進(jìn)等[1]。動(dòng)力煤在燃燒過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)燃燒不充分、效率低，產(chǎn)生高污染氣體的問(wèn)題，對(duì)我們合理使用動(dòng)力煤提出了新的挑戰(zhàn)。提高動(dòng)力煤的質(zhì)量首先應(yīng)對(duì)動(dòng)力煤的配煤技術(shù)進(jìn)行提升，對(duì)不同煤種采用配煤工藝和系統(tǒng)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、劣質(zhì)相消”，配煤后煤種比單一煤種效果更佳[2-3]。要想解決動(dòng)力煤的高效、潔凈等問(wèn)題，既要采用先進(jìn)的技術(shù)與裝備，又必須提高動(dòng)力煤本身的質(zhì)量，使其各項(xiàng)性能參數(shù)優(yōu)化組合，以滿足特定技術(shù)與設(shè)備的要求，達(dá)到較為滿意的應(yīng)用效果。

1 動(dòng)力煤配煤的發(fā)展概況

1.1 國(guó)內(nèi)外動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展

在改革開(kāi)放初期，我國(guó)開(kāi)始涉及動(dòng)力煤配煤技術(shù)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，20世紀(jì)80年代后，我國(guó)各省市開(kāi)始加大對(duì)動(dòng)力煤技術(shù)研發(fā)，動(dòng)力煤技術(shù)在我國(guó)取得了巨大的發(fā)展。動(dòng)力煤配煤技術(shù)改變了以往單一的配煤方式，采用科學(xué)系統(tǒng)的配煤工藝，使動(dòng)力煤更高效、清潔，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有一定的推動(dòng)作用。

20世紀(jì)60年代，歐洲一些國(guó)家為了達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，通過(guò)提高動(dòng)力煤配煤技術(shù)來(lái)減少燃燒后污染物的排放。我們鄰國(guó)日本，能源的需求主要依賴進(jìn)口，其研究動(dòng)力煤配煤技術(shù)的目的主要是提高煤的燃燒效率，減少煤炭的進(jìn)口。澳大利亞作為煤炭輸出大國(guó)，通過(guò)提高動(dòng)力煤配煤技術(shù)來(lái)取得更好的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)國(guó)家的發(fā)展。

1.2 動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展意義

1) 提高對(duì)鍋爐、窯爐等用煤設(shè)備的適應(yīng)性。用煤設(shè)備對(duì)煤種有一定的參數(shù)要求，通過(guò)動(dòng)力煤配煤，使得煤的燃燒特性能夠適應(yīng)用煤設(shè)備的參數(shù)要求，從而達(dá)到燃燒的最佳效果。

2) 提高煤炭的利用率。通過(guò)動(dòng)力煤配煤技術(shù)提高煤炭的燃燒效率，更好地利用低質(zhì)煤，減少煤炭的過(guò)度使用。

3) 減少污染物的排放。動(dòng)力煤配煤技術(shù)不僅能提高煤炭的燃燒效率，也能通過(guò)配煤技術(shù)減少污染物的排放，達(dá)到煤炭的清潔高效利用，符合國(guó)家對(duì)傳統(tǒng)能源使用的政策。

1.3 儲(chǔ)煤形式

我國(guó)常見(jiàn)的儲(chǔ)煤形式主要有圓形儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)煤、條形儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)煤、園筒倉(cāng)儲(chǔ)煤、氣膜儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)煤。四種儲(chǔ)煤形式的不同特點(diǎn)如表1所示。

表1 四種儲(chǔ)煤場(chǎng)特點(diǎn)對(duì)比

2 動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

動(dòng)力煤配煤需要根據(jù)煤種的不同指標(biāo)，依據(jù)線性規(guī)劃法，計(jì)算不同發(fā)熱量、水分、硫分、灰分等煤種指標(biāo)的所需比例，配煤工藝十分簡(jiǎn)單。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是最近幾年，一些科研院校加大了對(duì)動(dòng)力煤配煤技術(shù)的研究，提出了一些新的理論和方法，使動(dòng)力煤配煤技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。

2.1 動(dòng)力煤配煤優(yōu)化技術(shù)

動(dòng)力煤配煤技術(shù)就是將兩種或者兩種以上的不同煤種煤想混合，從而滿足相應(yīng)的用煤設(shè)備的要求。不同的用煤設(shè)備對(duì)煤種有不同的要求，而動(dòng)力煤配煤技術(shù)的目的就是滿足不同用煤設(shè)備的需求。采用加權(quán)平均或線性回歸的方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮不同煤種優(yōu)勢(shì)，滿足用煤設(shè)備要求的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益[4-5]。動(dòng)力煤配煤技術(shù)本質(zhì)就是通過(guò)優(yōu)化不同煤種配置比例來(lái)實(shí)現(xiàn)最終目的。動(dòng)力煤配煤程序流程圖如圖1所示。

圖1 動(dòng)力煤配煤程序流程圖

動(dòng)力配煤的數(shù)學(xué)模型的建立主要考慮兩個(gè)因素，一是對(duì)不同煤種配煤指標(biāo)的預(yù)測(cè)和計(jì)算；二是建立動(dòng)力配煤的數(shù)學(xué)模型求最優(yōu)解的方法?，F(xiàn)階段動(dòng)力煤配煤數(shù)學(xué)模型主要有兩種，一種是采用加權(quán)平均法或者線性回歸法，對(duì)不同煤種的配煤指標(biāo)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)求出最優(yōu)解，這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但是這種方法是建立在配煤各項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)平均存在線性相關(guān)關(guān)系。隨著對(duì)配煤技術(shù)要求的不斷提高，模糊數(shù)學(xué)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法則克服了配煤各項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)平均存在線性相關(guān)關(guān)系因素，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法提取出配煤技術(shù)中有用信息，相對(duì)于前者，這種方法精度更高[6-7]。不管采用哪種數(shù)學(xué)模型求解，其基本步驟一般有三步，首先是考慮經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)質(zhì)煤比例最低且劣質(zhì)煤比例最高；其次是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定約束條件；最后是建立數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)模型求解。

2.2 配煤工藝

動(dòng)力煤配煤工藝應(yīng)既要滿足用煤產(chǎn)品參數(shù)需求，又要節(jié)省成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。依據(jù)配煤生產(chǎn)線規(guī)模的大小，動(dòng)力煤配煤工藝流程具有不確定性。簡(jiǎn)單的配煤工藝主要是倉(cāng)配或者堆配，隨著機(jī)械化程度的提高，配煤工藝也采用了更為先進(jìn)的技術(shù)，配煤工藝的流程也比較完善，如圖2所示?，F(xiàn)代化配煤工藝投資更高，工序更加復(fù)雜，但是產(chǎn)品燃燒效率更高、污染物更少。

圖2 動(dòng)力配配煤工藝流程圖

現(xiàn)階段在配煤技術(shù)方面引入了專家系統(tǒng)自動(dòng)控制，專家系統(tǒng)中有煤炭數(shù)據(jù)庫(kù)、配煤預(yù)測(cè)結(jié)果、控制的原理等，通過(guò)配煤專家系統(tǒng)能夠使配煤技術(shù)更加現(xiàn)代化和精細(xì)化。專家系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 動(dòng)力煤配煤專家系統(tǒng)

3 動(dòng)力煤配煤技術(shù)仍存在問(wèn)題

雖然我國(guó)動(dòng)力煤配煤技術(shù)取得了一定的發(fā)展，但是還存在一些問(wèn)題。例如，煤的熱量、水分、揮發(fā)分等指標(biāo)是否具有線性與非線性，這會(huì)影響在配煤技術(shù)中數(shù)學(xué)模型類型，影響配煤過(guò)程中的精度。配煤的目的是提高燃燒效率和減少污染物的排放，受煤的水分、灰分、揮發(fā)分等指標(biāo)的影響，實(shí)際這些指標(biāo)不能正確預(yù)測(cè)煤的燃燒特性，雖然現(xiàn)階段很多專家將煤巖學(xué)與配煤技術(shù)相結(jié)合研究，但是還需要一定時(shí)間去檢驗(yàn)效果。

此外，在動(dòng)力煤配方面我們也必須考慮經(jīng)濟(jì)因素，由于大型配煤廠需要比較大的投資，現(xiàn)階段適用還不廣泛。而中小型配煤廠，生產(chǎn)線簡(jiǎn)答，設(shè)備落后，配煤工藝簡(jiǎn)單，配煤后煤質(zhì)差，不能滿足適用要求。配煤過(guò)程中的監(jiān)測(cè)水平還有待提高，不能實(shí)時(shí)跟蹤和控制配煤技術(shù)工藝流程。

4 動(dòng)力煤配煤技術(shù)應(yīng)用

煤首先要考慮燃燒效率，動(dòng)力煤配煤技術(shù)有效提高了煤的燃燒效率，同時(shí)有效運(yùn)用劣質(zhì)煤，節(jié)約了煤炭資源，減少了經(jīng)濟(jì)成本。我國(guó)的主要用煤設(shè)備為鍋爐，而我國(guó)鍋爐平均熱效率相對(duì)國(guó)外較低，通過(guò)動(dòng)力煤煤配技術(shù)能夠在一定程度上提高我國(guó)鍋爐燃燒的熱效率。

煤炭在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，而動(dòng)力煤配煤技術(shù)可以將不同煤種的煤相混合，用配煤工藝和系統(tǒng)“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、劣質(zhì)相消”，配煤后煤種比單一煤種污染物排放量小，尤其是硫的排放量。因此，動(dòng)力煤配煤技術(shù)已經(jīng)列入國(guó)家清潔煤發(fā)展規(guī)劃，以有效地減少大氣污染，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

5 動(dòng)力煤煤配技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

動(dòng)力煤煤配技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，其具有高熱效率、低污染的特性，符合國(guó)家的發(fā)展需要，尤其在低污染物排放方面，符合國(guó)家清潔煤使用的政策。我國(guó)應(yīng)當(dāng)大力支持動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展，加大研發(fā)力度，克服存在的問(wèn)題，將資金投入大型配煤廠的建設(shè)中，加大配煤過(guò)程中的監(jiān)測(cè)與控制，提高用煤設(shè)備的熱效率、建設(shè)污染物排放，促進(jìn)我國(guó)動(dòng)力煤配煤技術(shù)的進(jìn)度。

6 結(jié)論

1) 介紹了國(guó)內(nèi)外動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展概況，提出了動(dòng)力煤配煤技術(shù)對(duì)提高鍋爐、窯爐等用煤設(shè)備的適應(yīng)性煤炭的利用率及減小污染物的排放具有重要的意義。

2) 從動(dòng)力煤配煤優(yōu)化技術(shù)和配煤工藝介紹了我國(guó)動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，建立了數(shù)學(xué)模型，引入了專家系統(tǒng)，使我國(guó)配煤技術(shù)更加現(xiàn)代化和精細(xì)化。

3) 通過(guò)分析動(dòng)力煤配煤過(guò)程中存在問(wèn)題以及其應(yīng)用的前景，提出了以后動(dòng)力煤配煤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，主要是提高燃燒效率和減少污染物排放。