動力煤配煤技術研究現狀及發展趨勢分析

黃萬華

(山西西山煤電股份有限公司太原選煤廠，山西 太原 030023)

引 言

動力煤為動力原料的煤炭，其主要用于火力發電、鍋爐燃燒、機車推進等[1]。動力煤在燃燒過程中，會出現燃燒不充分、效率低，產生高污染氣體的問題，對我們合理使用動力煤提出了新的挑戰。提高動力煤的質量首先應對動力煤的配煤技術進行提升，對不同煤種采用配煤工藝和系統“優勢互補、劣質相消”，配煤后煤種比單一煤種效果更佳[2-3]。要想解決動力煤的高效、潔凈等問題，既要采用先進的技術與裝備，又必須提高動力煤本身的質量，使其各項性能參數優化組合，以滿足特定技術與設備的要求，達到較為滿意的應用效果。

1 動力煤配煤的發展概況

1.1 國內外動力煤配煤技術發展

在改革開放初期，我國開始涉及動力煤配煤技術，隨著技術的不斷進步與發展，20世紀80年代后，我國各省市開始加大對動力煤技術研發，動力煤技術在我國取得了巨大的發展。動力煤配煤技術改變了以往單一的配煤方式，采用科學系統的配煤工藝，使動力煤更高效、清潔，對我國經濟發展具有一定的推動作用。

20世紀60年代，歐洲一些國家為了達到保護環境的目的，通過提高動力煤配煤技術來減少燃燒后污染物的排放。我們鄰國日本，能源的需求主要依賴進口，其研究動力煤配煤技術的目的主要是提高煤的燃燒效率，減少煤炭的進口。澳大利亞作為煤炭輸出大國，通過提高動力煤配煤技術來取得更好的經濟收益，促進國家的發展。

1.2 動力煤配煤技術發展意義

1) 提高對鍋爐、窯爐等用煤設備的適應性。用煤設備對煤種有一定的參數要求，通過動力煤配煤，使得煤的燃燒特性能夠適應用煤設備的參數要求，從而達到燃燒的最佳效果。

2) 提高煤炭的利用率。通過動力煤配煤技術提高煤炭的燃燒效率，更好地利用低質煤，減少煤炭的過度使用。

3) 減少污染物的排放。動力煤配煤技術不僅能提高煤炭的燃燒效率，也能通過配煤技術減少污染物的排放，達到煤炭的清潔高效利用，符合國家對傳統能源使用的政策。

1.3 儲煤形式

我國常見的儲煤形式主要有圓形儲煤場儲煤、條形儲煤場儲煤、園筒倉儲煤、氣膜儲煤場儲煤。四種儲煤形式的不同特點如表1所示。

表1 四種儲煤場特點對比

2 動力煤配煤技術發展現狀

動力煤配煤需要根據煤種的不同指標，依據線性規劃法，計算不同發熱量、水分、硫分、灰分等煤種指標的所需比例，配煤工藝十分簡單。隨著技術的不斷進步，尤其是最近幾年，一些科研院校加大了對動力煤配煤技術的研究，提出了一些新的理論和方法，使動力煤配煤技術取得了巨大的進步。

2.1 動力煤配煤優化技術

動力煤配煤技術就是將兩種或者兩種以上的不同煤種煤想混合，從而滿足相應的用煤設備的要求。不同的用煤設備對煤種有不同的要求，而動力煤配煤技術的目的就是滿足不同用煤設備的需求。采用加權平均或線性回歸的方法，取長補短，發揮不同煤種優勢，滿足用煤設備要求的同時提高經濟效益[4-5]。動力煤配煤技術本質就是通過優化不同煤種配置比例來實現最終目的。動力煤配煤程序流程圖如圖1所示。

圖1 動力煤配煤程序流程圖

動力配煤的數學模型的建立主要考慮兩個因素，一是對不同煤種配煤指標的預測和計算；二是建立動力配煤的數學模型求最優解的方法。現階段動力煤配煤數學模型主要有兩種，一種是采用加權平均法或者線性回歸法，對不同煤種的配煤指標建立相應的數學模型，通過計算機求出最優解，這種方法相對簡單，但是這種方法是建立在配煤各項指標加權平均存在線性相關關系。隨著對配煤技術要求的不斷提高，模糊數學和人工神經網絡法則克服了配煤各項指標加權平均存在線性相關關系因素，通過神經網絡算法提取出配煤技術中有用信息，相對于前者，這種方法精度更高[6-7]。不管采用哪種數學模型求解，其基本步驟一般有三步，首先是考慮經濟成本，優質煤比例最低且劣質煤比例最高；其次是根據國家標準確定約束條件；最后是建立數學數學模型求解。

2.2 配煤工藝

動力煤配煤工藝應既要滿足用煤產品參數需求，又要節省成本，提高經濟效益。依據配煤生產線規模的大小，動力煤配煤工藝流程具有不確定性。簡單的配煤工藝主要是倉配或者堆配，隨著機械化程度的提高，配煤工藝也采用了更為先進的技術，配煤工藝的流程也比較完善，如圖2所示。現代化配煤工藝投資更高，工序更加復雜，但是產品燃燒效率更高、污染物更少。

圖2 動力配配煤工藝流程圖

現階段在配煤技術方面引入了專家系統自動控制，專家系統中有煤炭數據庫、配煤預測結果、控制的原理等，通過配煤專家系統能夠使配煤技術更加現代化和精細化。專家系統示意圖如圖3所示。

圖3 動力煤配煤專家系統

3 動力煤配煤技術仍存在問題

雖然我國動力煤配煤技術取得了一定的發展，但是還存在一些問題。例如，煤的熱量、水分、揮發分等指標是否具有線性與非線性，這會影響在配煤技術中數學模型類型，影響配煤過程中的精度。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、揮發分等指標的影響，實際這些指標不能正確預測煤的燃燒特性，雖然現階段很多專家將煤巖學與配煤技術相結合研究，但是還需要一定時間去檢驗效果。

此外，在動力煤配方面我們也必須考慮經濟因素，由于大型配煤廠需要比較大的投資，現階段適用還不廣泛。而中小型配煤廠，生產線簡答，設備落后，配煤工藝簡單，配煤后煤質差，不能滿足適用要求。配煤過程中的監測水平還有待提高，不能實時跟蹤和控制配煤技術工藝流程。

4 動力煤配煤技術應用

煤首先要考慮燃燒效率，動力煤配煤技術有效提高了煤的燃燒效率，同時有效運用劣質煤，節約了煤炭資源，減少了經濟成本。我國的主要用煤設備為鍋爐，而我國鍋爐平均熱效率相對國外較低，通過動力煤煤配技術能夠在一定程度上提高我國鍋爐燃燒的熱效率。

煤炭在燃燒過程中會產生大量的污染物，對環境污染嚴重，而動力煤配煤技術可以將不同煤種的煤相混合，用配煤工藝和系統“優勢互補、劣質相消”，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，動力煤配煤技術已經列入國家清潔煤發展規劃，以有效地減少大氣污染，達到保護環境的目的。

5 動力煤煤配技術發展趨勢

動力煤煤配技術具有廣闊的應用前景，其具有高熱效率、低污染的特性，符合國家的發展需要，尤其在低污染物排放方面，符合國家清潔煤使用的政策。我國應當大力支持動力煤配煤技術發展，加大研發力度，克服存在的問題，將資金投入大型配煤廠的建設中，加大配煤過程中的監測與控制，提高用煤設備的熱效率、建設污染物排放，促進我國動力煤配煤技術的進度。

6 結論

1) 介紹了國內外動力煤配煤技術發展概況，提出了動力煤配煤技術對提高鍋爐、窯爐等用煤設備的適應性煤炭的利用率及減小污染物的排放具有重要的意義。

2) 從動力煤配煤優化技術和配煤工藝介紹了我國動力煤配煤技術發展現狀，建立了數學模型，引入了專家系統，使我國配煤技術更加現代化和精細化。

3) 通過分析動力煤配煤過程中存在問題以及其應用的前景，提出了以后動力煤配煤技術發展趨勢，主要是提高燃燒效率和減少污染物排放。