动力煤配煤技术研究现状及发展趋势分析

2019-01-26黄万华

山西化工 2018年6期

黄万华

(山西西山煤电股份有限公司太原选煤厂，山西太原 030023)

引言

动力煤为动力原料的煤炭，其主要用于火力发电、锅炉燃烧、机车推进等[1]。动力煤在燃烧过程中，会出现燃烧不充分、效率低，产生高污染气体的问题，对我们合理使用动力煤提出了新的挑战。提高动力煤的质量首先应对动力煤的配煤技术进行提升，对不同煤种采用配煤工艺和系统“优势互补、劣质相消”，配煤后煤种比单一煤种效果更佳[2-3]。要想解决动力煤的高效、洁净等问题，既要采用先进的技术与装备，又必须提高动力煤本身的质量，使其各项性能参数优化组合，以满足特定技术与设备的要求，达到较为满意的应用效果。

1 动力煤配煤的发展概况

1.1 国内外动力煤配煤技术发展

在改革开放初期，我国开始涉及动力煤配煤技术，随着技术的不断进步与发展，20世纪80年代后，我国各省市开始加大对动力煤技术研发，动力煤技术在我国取得了巨大的发展。动力煤配煤技术改变了以往单一的配煤方式，采用科学系统的配煤工艺，使动力煤更高效、清洁，对我国经济发展具有一定的推动作用。

20世纪60年代，欧洲一些国家为了达到保护环境的目的，通过提高动力煤配煤技术来减少燃烧后污染物的排放。我们邻国日本，能源的需求主要依赖进口，其研究动力煤配煤技术的目的主要是提高煤的燃烧效率，减少煤炭的进口。澳大利亚作为煤炭输出大国，通过提高动力煤配煤技术来取得更好的经济收益，促进国家的发展。

1.2 动力煤配煤技术发展意义

1) 提高对锅炉、窑炉等用煤设备的适应性。用煤设备对煤种有一定的参数要求，通过动力煤配煤，使得煤的燃烧特性能够适应用煤设备的参数要求，从而达到燃烧的最佳效果。

2) 提高煤炭的利用率。通过动力煤配煤技术提高煤炭的燃烧效率，更好地利用低质煤，减少煤炭的过度使用。

3) 减少污染物的排放。动力煤配煤技术不仅能提高煤炭的燃烧效率，也能通过配煤技术减少污染物的排放，达到煤炭的清洁高效利用，符合国家对传统能源使用的政策。

1.3 储煤形式

我国常见的储煤形式主要有圆形储煤场储煤、条形储煤场储煤、园筒仓储煤、气膜储煤场储煤。四种储煤形式的不同特点如表1所示。

表1 四种储煤场特点对比

2 动力煤配煤技术发展现状

动力煤配煤需要根据煤种的不同指标，依据线性规划法，计算不同发热量、水分、硫分、灰分等煤种指标的所需比例，配煤工艺十分简单。随着技术的不断进步，尤其是最近几年，一些科研院校加大了对动力煤配煤技术的研究，提出了一些新的理论和方法，使动力煤配煤技术取得了巨大的进步。

2.1 动力煤配煤优化技术

动力煤配煤技术就是将两种或者两种以上的不同煤种煤想混合，从而满足相应的用煤设备的要求。不同的用煤设备对煤种有不同的要求，而动力煤配煤技术的目的就是满足不同用煤设备的需求。采用加权平均或线性回归的方法，取长补短，发挥不同煤种优势，满足用煤设备要求的同时提高经济效益[4-5]。动力煤配煤技术本质就是通过优化不同煤种配置比例来实现最终目的。动力煤配煤程序流程图如图1所示。

图1 动力煤配煤程序流程图

动力配煤的数学模型的建立主要考虑两个因素，一是对不同煤种配煤指标的预测和计算；二是建立动力配煤的数学模型求最优解的方法。现阶段动力煤配煤数学模型主要有两种，一种是采用加权平均法或者线性回归法，对不同煤种的配煤指标建立相应的数学模型，通过计算机求出最优解，这种方法相对简单，但是这种方法是建立在配煤各项指标加权平均存在线性相关关系。随着对配煤技术要求的不断提高，模糊数学和人工神经网络法则克服了配煤各项指标加权平均存在线性相关关系因素，通过神经网络算法提取出配煤技术中有用信息，相对于前者，这种方法精度更高[6-7]。不管采用哪种数学模型求解，其基本步骤一般有三步，首先是考虑经济成本，优质煤比例最低且劣质煤比例最高；其次是根据国家标准确定约束条件；最后是建立数学数学模型求解。

2.2 配煤工艺

动力煤配煤工艺应既要满足用煤产品参数需求，又要节省成本，提高经济效益。依据配煤生产线规模的大小，动力煤配煤工艺流程具有不确定性。简单的配煤工艺主要是仓配或者堆配，随着机械化程度的提高，配煤工艺也采用了更为先进的技术，配煤工艺的流程也比较完善，如图2所示。现代化配煤工艺投资更高，工序更加复杂，但是产品燃烧效率更高、污染物更少。

图2 动力配配煤工艺流程图

现阶段在配煤技术方面引入了专家系统自动控制，专家系统中有煤炭数据库、配煤预测结果、控制的原理等，通过配煤专家系统能够使配煤技术更加现代化和精细化。专家系统示意图如图3所示。

图3 动力煤配煤专家系统

3 动力煤配煤技术仍存在问题

虽然我国动力煤配煤技术取得了一定的发展，但是还存在一些问题。例如，煤的热量、水分、挥发分等指标是否具有线性与非线性，这会影响在配煤技术中数学模型类型，影响配煤过程中的精度。配煤的目的是提高燃烧效率和减少污染物的排放，受煤的水分、灰分、挥发分等指标的影响，实际这些指标不能正确预测煤的燃烧特性，虽然现阶段很多专家将煤岩学与配煤技术相结合研究，但是还需要一定时间去检验效果。

此外，在动力煤配方面我们也必须考虑经济因素，由于大型配煤厂需要比较大的投资，现阶段适用还不广泛。而中小型配煤厂，生产线简答，设备落后，配煤工艺简单，配煤后煤质差，不能满足适用要求。配煤过程中的监测水平还有待提高，不能实时跟踪和控制配煤技术工艺流程。

4 动力煤配煤技术应用

煤首先要考虑燃烧效率，动力煤配煤技术有效提高了煤的燃烧效率，同时有效运用劣质煤，节约了煤炭资源，减少了经济成本。我国的主要用煤设备为锅炉，而我国锅炉平均热效率相对国外较低，通过动力煤煤配技术能够在一定程度上提高我国锅炉燃烧的热效率。

煤炭在燃烧过程中会产生大量的污染物，对环境污染严重，而动力煤配煤技术可以将不同煤种的煤相混合，用配煤工艺和系统“优势互补、劣质相消”，配煤后煤种比单一煤种污染物排放量小，尤其是硫的排放量。因此，动力煤配煤技术已经列入国家清洁煤发展规划，以有效地减少大气污染，达到保护环境的目的。

5 动力煤煤配技术发展趋势

动力煤煤配技术具有广阔的应用前景，其具有高热效率、低污染的特性，符合国家的发展需要，尤其在低污染物排放方面，符合国家清洁煤使用的政策。我国应当大力支持动力煤配煤技术发展，加大研发力度，克服存在的问题，将资金投入大型配煤厂的建设中，加大配煤过程中的监测与控制，提高用煤设备的热效率、建设污染物排放，促进我国动力煤配煤技术的进度。