（工商管理专业论文）霍林河露天煤业有限公司动力煤配比问题研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 动力配煤既能调整煤炭的产品结构，实现产品质量稳定，提高煤炭的燃烧效率；又 能减少二氧化硫、烟尘等污染物的排放，减轻环境污染，是目前能够大面积推广应用、 行之有效的洁净煤技术。近几年来，霍煤公司的配煤技术取得了可喜的进展，但仍然存 在一些问题。特别是现在本公司配煤技术仅考虑燃煤发热量和水分的要求，未综合考虑 其它煤质指标因素，致使配煤质量并不能完全满足客户的需要。本文在现有动力配煤数 学模型的基础上，根据本企业实际情况，考虑了挥发分、发热量、灰分、水分、硫分等 配煤指标，建立了以低热值煤配比总量最大为目标的动力配煤数学模型。随后，以霍煤 公司某天的相关数据作为依据，利用研究出的新的动力配煤数学模型进行计算，求出当 天的动力配煤优化方案。再根据实际应用情况，对其优化方案进行人工修正，从而得到 了切实可行的动力配煤优化方案。为保证动力配煤技术的有效运作，并且最终得到均匀、 稳定的动力配煤产品，还提出了生产过程中的管理和控制方案，主要包括配煤控制和采 样控制。最后，又分析了动力配煤带来的经济效益和社会效益，进一步的证明了动力配 煤技术应用的价值和意义。 关键词：动力配煤；优化方案；配比；数学模型；线性规划 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 s t u d yo f p o w e rc o a lb l e n d i n gi n h u o l i n h eo p e n c u tc o a li n d u s t r yc o ，l t d a b s t r a c t p o w e rc o a lb l e n d i n gc a l la d j u s tq u a l i t yp a r a m e t e r so fc o a l ，i m p r o v i n gc o m b u s t i o n e f f i c i e n c yo fc o a l ，r e d u c i n ge m i s s i o no fp o l l u t a n t s ( s 0 2 ，s o o t ) o f c o a lc o m b u s t i o n ，d e c r e a s i n g e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n , s oi ti st h ew i d e l ya p p l i e dc l e a nc o a lt e c h n o l o g yi nc h i n aa tp r e s e n t i nl a s ty e a r s ，a1 0 to fa c h i e v e m e n t sw e r em a d eo nc o a lb l e n d i n gt e c h n o l o g yo fh u o l i n h e o p e n c u t c o a li n d u s t r yc o r p l t d ，b u tt h e r ea r es t i l lm a n yp r o b l e m so nt h et e c h n o l o g yo fc o a l b l e n d i n g e s p e c i a l l y ，c u r r e n tc o a lb l e n d i n gt e c h n o l o g yi 1 1 t h ec o r p o r a t i o no n l yb a s e so n r e q u e s t so fc a l o r i f i cv a l u ea n dm o i s t u r eo fc o a l ，b u tn o tc o m p r e h e n s i v d yc o n s i d e ro t h e r f a c t o r so fc o a li n d e x ，w h i c hb r i n g sa b o u tq u a l i t yo fc o a lb l e n d i n gc a n tm e e tt h ed e m a n d so f c l i e n t sc o m p l e t e l y i nt h ep a p e r ，b a s e do nt h ee x i s t i n gm a t h e m a t i c a lm o d e lo fp o w e rc o a l b l e n d i n ga n dt h ep r a c t i c a lc i r c so ft h ec o r p o r a t i o n ，b yc o n s i d e r i n gi n d e xo f c o a lb l e n d i n gs u c h a sv o l a t i l em a t t e r , c a l o r i f i cv a l u e ，a s h , m o i s t u r e ，s u l f u r , e t c ，m a t h e m a t i c a lm o d e li sf o u n d e d i i lp o w e rc o a lb l e n d i n g l a t e r , o nt h eb a s i so fd a t u mo ft h ec o r p o r a t i o no no n ed a y , u s i n gn e w r e s e a r c h e dm a t h e m a t i c a lm o d e lo fp o w e rc o a lb l e n d i n gt oc a l c u l a t e ，w h i c hw o r ko u tt h e i n t r a d a yo p t i m i z a t i o ns c h e m eo fp o w e rc o a lb l e n d i n g a n db a s e do nt h ep r a c t i c a lc i t e s ， t h r o u g ha r t i f i c i a lm o d i f i c a t i o nf o ro p t i m i z a t i o ns c h e m e ，a c c o r d i n g l y , t h ef e a s i b l eo p t i m i z a t i o n s c h e m ei sf o u n d e df o rp o w e rc o a lb l e n d i n g f o ra s s u r i n ge f f e c t i v eo p e r a t i o na n dg e t t i n gt h e e v e n , s t e a d yp r o d u c t i o no fp o w e rc o a lb l e n d i n g ，t h ep a p e ra d v a n c e st h es c h e m e so ft h e m a n a g e m e n ta n dc o n t r o l ，i n c l u d i n gt h ec o n t r o lo fc o a lb l e n d i n ga n ds a m p l i n g f i n a l l y , t h e a u t h o ra n a l y z e se c o n o m i cb e n e f i ta n ds o c i a lb e n e f i tt of u r t h e rp r o v et h ea p p l i e dv a l u ea n dt h e a p p l i e dm e a n i n go fp o w e r c o a lb l e n d i n gt e c h n o l o g y k e yw o r d s ：p o w e rc o a lb l e n d i n g ； o p t i m i z a t i o ns c h e m e ；b l e n dr a t i o ； m a t h e m a t i c a l m o d e l ；l i n e a rp r o g r a m m i n g i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 獬 日期：汹。支，丝 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定 ，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：避： 导师签名： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 任何一个经济系统，为了进行自己的经济活动，都拥有一定的资源，如人力、物资、 设备、资金、工时等，管理工作的根本任务就在于科学地组织各项经济活动，以使这些 资源得到最充分的利用，从而取得最大的经济效益。经济活动所涉及的范围很广，如经 营规划的制定，生产任务的安排，原材料的利用，配料比的选取，人员的分配，物资的 调运，作物的布局，场地的选择，投资的安排，库存的控制等等。在所有这些活动中， 都存在一个如何做到精打细算，合理使用资源以提高经济效益的问题，也就是我们所说 的管理优化问题。通常，这一问题的表现形式有两个方面：一是在现在资源条件下，当 生产任务具有一定的灵活性时，如何合理安排，既能保证生产任务的完成，又能最大限 度地实现某一预期目的( 如产值最大或利润最高等) 。二是完成一定的任务，怎样进行 组织，才能使资源的消耗最小【l 】。 1 1研究的目的及意义 当前人类面临着资源、环境与人口三大问题，随着工业的发展、资源的短缺、环境 的恶化、人口的增长，这些问题在包括中国在内的发展中国家显得非常突出。解决这些 问题就是使人们充分认识到资源的有限性、环境保护的迫切性和控制人口增长的必要 性，环境和资源是人类生存和发展的基本条件，能源作为基本资源对社会、经济的发展 和人民生活水平的提高具有极其重要的作用。在各种能源中，最有实际意义的是煤炭、 石油、水能和核能资源。在世界范围内，煤炭资源相对其它化石能源丰富得多，这种能 源结构在中国表现得尤为突出，中国是一个发展中国家，正处于工业化和城市化的过程 中，随着中国的经济发展，能源的消费量也在不断增加，中国一次能源消耗中3 4 来自 煤，而且这种情况在相当长的时间内不会改变。 我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，煤炭生产量和消费量均占世 界首位 2 1 。2 0 0 5 年全国共生产原煤2 3 多亿吨，其中8 0 以上为动力煤。在动力煤消耗中， 直接燃用原煤占主导地位，煤炭的加工利用处于低水平阶段，煤炭的平均利用效率只有 2 0 ，存在着高能耗、高污染、低效益的利用现状，已严重制约了我国经济的持续发展。 而造成煤炭低效益、高污染的原因是多方面的，除燃煤设备、工艺、技术落后外，燃用 煤炭的品种杂，质量不均一，不稳定，煤质与燃煤设备要求不符，煤炭不能针对用户实 行对路和定点供应是主要原因。为此，国家已着手研究调整能源结构和发展的洁净煤技 术，包括选煤、配煤、型煤、水煤浆等煤炭燃前加工技术，流化床、循环流化床、先进 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 的粉煤燃烧器等先进的燃烧技术，和烟气脱硫、脱氮、除尘等燃后净化技术，以达到高 效洁净燃烧的目的。 作为洁净煤技术之一的动力配煤，它是根据用户燃煤设备所需的煤质指标，将不同 品质的燃煤经过筛选、破碎，按不同设计的比例进行混合，实现煤质互补，配成在综合 性能上符合客户要求的优化了的新煤种 3 】。动力配煤技术是近二十多年来发展起来的， 它融煤化学、煤岩学、煤质检测、燃烧学和计算机知识于一体，在上海、北京、天津等 地得到充分应用，已有2 0 0 多条配煤生产线，年产动力配煤2 0 0 0 多万吨，产生了较好 的经济效益和社会效益，具有重要的研究意义，主要体现在以下几个方面 2 ，4 】： ( 1 ) 提高和稳定动力煤质量，有效满足用户要求 我国煤矿极度分散，煤种、煤质千差万别，质量相差悬殊，煤矿远离用煤中心，消 费结构呈现多元化，终端用户对煤质要求各不相同。煤炭难于实现分采分装分运分储， 中途混淆现象严重，使煤炭质量极不稳定，如果直接燃烧，无法满足用户的煤质要求， 不仅浪费煤炭，而且污染环境。通常任何燃煤锅炉都期望供煤长期稳定并且均质化，但 由于我国煤矿矿点多，供煤渠道复杂，定点供应愈来愈困难，而动力配煤却可以通过调 整各煤种间的配比，依据不同原煤情况机动调节煤质各指标的关系，以最大限度实现 供煤的均质化。生产实践表明，通过科学方法配制产品煤来实现煤质均质化和最佳化是 完全可能的。此外，动力配煤技术比较成熟，投资少、见效快、产品结构灵活可调。因 此发展动力配煤，实现产品对路供应，是提高和稳定煤炭质量，满足用户需求的快捷有 效措施。 ( 2 ) 提高锅炉热效率，节约煤炭资源 目前我国约有5 0 万台工业锅炉和窑炉，它们的热效率普遍较低，这不仅浪费了大量 的煤炭，而且也造成了严重的环境污染。决定锅炉热效率的因素主要有三条：炉型是否先 进：煤质与炉型是否相符；操作是否得当。我国工业锅炉和窑炉热效率之所以低，这三个 方面的原因都存在。但其中主要原因是实际供应的煤质与锅炉设计的煤质不相符，解决 这一问题切实可行的措施是采用动力配煤技术，将不同品质的煤，根据工业锅炉对煤 质的特定要求，经过筛选、破碎、按比例配合等过程，达到改善性质、特性互补、劣煤 优用、有利燃烧的目的，使煤质能充分满足锅炉( 窑炉) 的设计要求，从而达到提高锅炉 ( 窑炉) 热效率、节约煤炭、减轻环境污染的目的。 ( 3 ) 减少污染物排放，保护环境 我国是世界第一大煤炭生产与消费国，同时也是典型的煤烟型大气污染国家，为此 国家制定了一系列的法规和措施，除限制高硫、高灰煤的开采和使用外，更要求加速发 大连理工大学专业学位硕士学位论文 展和使用配煤、选煤、型煤等洁净煤技术，以保护日益恶化的生态环境。分析目前技术 现状和经济条件，动力配煤技术是成熟可行的燃前加工技术，弥补了煤炭洗选无法全面 控制与调控煤质指标的不足，可以生产出符合用户煤质指标的“新煤种 。经国家环保 局污染控制司对北京宝生带钢有限公司d z 卜1 一1 3 a 型锅炉使用动力配煤实测鉴定， 烟尘排放量降低4 1 ，s 0 2 排放量降低2 6 7 ，节煤率提高6 8 ，由此可见，动力配煤 是改善当前燃煤现状，发展我国洁净煤技术的优先技术途径。 ( 4 ) 合理利用煤炭资源，提高企业经济效益 能源是社会发展的重要物质基础，是制约我国国民经济发展的主要因素，在我国的 能源消费中，煤炭约占8 0 ，其中大部分直接用于电厂锅炉和工业炉窑燃烧。随着我国 建立市场经济体制步伐的加快，我国经济建设正日新月异，工业发展突飞猛进，对于煤 炭需求大幅度增长不可避免。然而我国煤炭资源分布却极不均匀，优质煤主要集中在中 西部地区，东部经济发达地区则严重缺煤，而且煤质以高灰、高硫、低热值为主。动力 配煤在优化配方时，在满足用户煤质指标的前提下，可以尽可能多地配入劣质煤，这样 一来，可以使煤质适合炉型，热效率和锅炉出力都将大副提高。由此可见，动力配煤不 仅能合理利用煤炭资源，充分发挥煤炭的总体效益，而且降低了成本，提高了煤炭企业 的经济效益。 1 2 动力配煤技术的发展及现状 动力配煤是根据用户对煤质的要求，将若干不同种类不同性质的煤按照一定比例掺 配加工而成的混合煤，是一种人为加工而成的“新煤种 。其基本原理是利用不同煤种 各自组成成分、物理和化学性质的差异，相互取长补短，使最终配出的混合煤在性能指 标上达到最佳状态，以满足用户对煤质的质量要求。动力配煤技术以煤化学、煤质检测、 燃烧学及计算机等学科为基础，以市场为目标，通过一定的加工工艺，达到煤质互补， 调整产品结构，满足用户要求，实现节煤和减少污染物排放的目的。“配煤”这个名词 并不新鲜，无论在国外还是在国内，动力配煤新技术时有报导，但动力配煤作为专用名 词，在国外尚未见报，而我国的动力配煤也是近三十年的事情【5 1 。 1 2 1 动力配煤发展概况 ( 1 ) 国内动力配煤发展情况 我国混煤燃烧及其研究的现状 煤质变化对锅炉燃烧和运行的影响： 我国的混煤使用情况与国外不同，燃烧混煤包括主动混烧和被动混烧，这主要是由 于我国锅炉尤其是电站锅炉供煤不稳定而引起的。我国煤炭资源丰富，动力用煤包括从 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 烟煤、劣质烟煤、褐煤到无烟煤的各类煤种，这些煤在火电厂中都被应用，由于各类煤 之间的特性差异明显，即使同一类煤，随产地、矿点、地质条件及开采、运输、储存等 的不同，其煤质变化大，再加上实际用煤时，有些电厂还掺烧各类洗中煤和煤矸石等劣 质燃料，无疑更增大了实际用煤的变化幅度。 众所周知，锅炉( 包括电站锅炉) 是根据给定的煤种、煤质( 设计煤种) 设计制造 的。设计煤种不同，锅炉的炉型、结构、燃烧器及燃烧系统的形式将不同，有的甚至影 响燃料输送系统、锅炉辅机和附属设备的选型。当实际燃用煤质与设计煤种煤质差别较 大时，就可能给设备的安全经济运行带来各种各样的问题。由此表明，开展动力配煤研 究，探讨混煤的燃烧特性，找出合理的动力配煤方法已是当务之急。 混煤使用的现状及研究概况： 我国混煤的使用相当广泛，其主要原因可概述如下：一、发电装机容量增大，煤的 耗量也越来越大，一台3 0 0 k w 的机组日耗煤量达3 千吨左右，因而很难保证烧单一煤； 二、我国煤炭分布与煤炭用户的位置不匹配，北煤南运，从而使煤的运输能力不足，不 得不混烧；三、我国劣质煤的储量很大，为了使这部分煤在电厂中得到使用，往往将其 掺烧到优质煤中；四、一些烧劣质煤的电厂，为了改善其燃烧性能，在其中掺烧一定的 好煤；五、很多电厂的实际应用煤种与设计煤种不符，出现很多问题，因而往往采用混 烧不同煤的方法，以使其能满足锅炉的运行要求。 由于混煤使用的广泛性，我国近年来也开展了混煤的研究工作，如煤炭科学院北京 煤化所、浙江大学、西安热工所、哈尔滨发电设备成套设计研究所，华中理工大学煤燃 烧国家重点实验室和株洲洗煤厂等单位对混煤( 动力配煤) 已经进行了深入研究。 动力配煤概念的提出及发展 国内动力配煤是1 9 7 9 年初由上海市燃料总公司首先开发利用的一种使动力用煤质 量达到稳定可靠的方法。1 9 8 2 年4 月由原物资部在北京召开的配煤座谈会后就正式命名 为“动力配煤技术。 一直以来，由于供煤的矿点和质量经常会有变动，尤其是地方小煤窑的煤质波动更 大，以至于有的炉、窑年年需要进行技术改造以适应不断变化的煤种，从而使国家浪费 了大量的人力、物力和财力，如1 9 8 1 年全国用于改造锅炉的资金达4 1 0 0 万元，8 2 年和 8 3 年的改造资金分别高达4 5 0 0 万元和5 0 0 0 万元。8 4 年以后，由于燃料系统在上海、 北京、天津、沈阳、长春、南京、济南、青岛、杭州等二十多个省、市推广了动力配煤 生产线，年产动力配煤2 0 0 0 多万吨，为国家节约了大量的锅炉改造资金。许多工业锅 炉和窑炉使用动力配煤后，不仅使炉况稳定，操作方便，还可使煤炭得到充分燃烧，这 大连理工大学专业学位硕士学位论文 就极大地缓解了过去由于供煤的品种不对路而常需改锅炉和窑炉的方法来适应煤种的 弊端。改进之后，这些配煤厂起点高，不再是过去那种粗放、简单混合的配煤工艺，而 是融计算机优化配方、自动控制配比、在线检测过程控制反馈、现代企业管理于一体的 现代化配煤厂。今后，为保证国民经济可持续发展，煤炭作为我国的主要能源，发展动 力配煤技术，建设动力配煤工程的前景将十分广阔 ( 2 ) 国外动力配煤发展现状 在国外，没有“动力配煤 这一专业术语，但与动力配煤意思相似的混煤和配煤的 概念在六十年代或六十年代以前就有报导。国外的配煤技术，主要是充分利用中、低热 值煤与高热值煤混配，保证燃煤的低位发热量和控制燃煤的灰分，研究内容主要涉及到配 煤混合系统和配煤混匀方法等，除此以外，还对配煤的着火性能、结渣性能对燃烧的影 响以及采用配煤燃烧对二氧化氮和二氧化硫排放量等做过研究。调查表明，国外早期的 混煤使用科学性差，最先的混煤研究，主要是炼焦工业的需要，混煤在锅炉上的使用只 是近几十年的事情，而对其特性研究约始于7 0 年代中期，随着电力工业的迅速发展， 燃煤锅炉越来越多，因而混煤在电站锅炉上的使用日益广泛。 西方一些国家使用混煤的主要目的是：采用低硫煤与高硫煤混合以降低s o x 的排 放、降低锅炉的结渣、沾污和积灰，充分利用高热值煤，保证灰分和发热量稳定等。而 日本等国家混煤则主要是为了节约煤炭，减少运输费用。由于混煤的广泛使用，这就促 使燃烧领域的研究工作者开始对混煤的特性进行研究，这些研究一方面是通过试验总结 出各种规律，为电站和工业锅炉应用混煤提供依据；另一方面是开发各种混煤燃烧技术 和燃烧设备。从事这一研究较早的国家有：美国、德国、日本、英国、西班牙、荷兰、 加拿大等【6 1 。 美国 美国东部、中部煤含硫较多，分别为1 8 一3 8 和2 5 巧0 ，洗选后也在 1 5 2 5 和2 0 一3 5 ；而西部煤含硫少：约为0 3 一1 5 。东部和中部的电厂须使 用西部煤或采用脱硫装置，才能满足s o x 排放要求。采用东部、中部煤掺烧西部煤i 既可以减少运费与脱硫装置，又能满足排放要求。研究表明，东、中部高硫煤( 含硫3 1 ) 中仅掺烧1 0 的西部低硫煤( 含硫0 3 ) ，比单烧高硫煤运行费用低6 0 。由此可见， 混煤的效果显著。美国在采用混烧降低s o x 的排放方面进行了较深入的研究。与此同 时，也考虑了解决其他一些问题，如：用混煤的办法保证含灰量和发热量稳定。保证煤 质稳定，既可降低现役电厂的运行费用，又可降低新电厂的投资和运行费用。如拉比德 ( l a b a d i e ) 联合电厂的配煤系统，用低硫煤与高硫煤相配，限制煤炭硫分的上限，可以 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 节约大量的低硫煤，减少石灰石吸附剂用量，每年可节约4 8 0 0 万美元；其配煤工艺常 采用仓配和堆配。 德国 混煤燃烧起于7 0 年代初。当时，一些烧褐煤的电厂因其质量性能常常偏离设计指 标，使电厂无法满负荷运行。因而将褐煤与烟煤混烧，通过混烧来提高低热值褐煤的利 用价值。p t o l c m o s i s 和砧i v 喇电厂的运行情况表明，在褐煤中掺烧一定量的烟煤，烟煤 量为1 5 时，动力配煤的理论与应用研究除能满负荷运行外，还取得了下列效果：更高 的燃烧稳定性，粗灰及飞灰中未燃成分降低，出口烟温下降。另外，其进一步的研究指 出，必须加强对煤质特性、煤灰特性的研究才能保证混煤的有效燃烧。 近几年，德国对混煤的燃烧特性及燃烧混煤的各种燃烧室和燃烧器以及配煤设备进 行了较为深入的研究，如德国的v r k u h u 研究了混煤的着火性和可磨性，并对燃用混 煤电站的初投资和运行经济性进行了分析。德国的j z d k o w s k i 等人研究了不同氧浓度 下不同细度的混煤的着火情况，主要结论如下：混煤的掺混比例对煤的着火点有一定影 响；在低氧环境中，混煤的着火特性随掺混比例变化的趋势是不同的；对于粗颗粒煤， 不同的氧浓度下，掺混比例的变化对着火性的影响暖显。 日本 日本是一个资源短缺的国家，燃料依赖进口，为了减少运输费用，近几年开始扩大 利用发热量高的无烟煤等低挥发分煤，因而出现了在粉煤锅炉中混烧无烟煤和石油焦等 低挥发分燃料的倾向。然而，传统的水平燃烧锅炉燃烧混煤时会出现各种各样的问题， 这样就促使了日本燃烧界对混煤的特性及燃烧技术进行了深入研究，有些混煤燃烧的技 术已推广应用，例如石川岛播磨重工业公司对原来烟煤和混煤水平燃烧的锅炉进行了应 用反应管的试验和应用燃烧试验炉的试验，充分地掌握了低挥发分煤混烧时的燃烧特 性，在此基础上设计了混烧低挥发分煤的5 3 0 r i 强锅炉。目前，日本针对混烧不同煤种 时出现的污染物增加及未燃损失增加等问题正在进行更深入的研究。 其它国家 澳大利亚向国外出售动力煤时，由于采用了配煤技术，可向不同进口国家提供符合 多种煤质指标的煤炭，取得了较好经济效益为防止结渣、沾污和腐蚀，并形成稳定火焰， 荷兰常燃用混煤，混烧后的结渣和腐蚀均降低。 西班牙的劣质煤储量较多，为充分利用这些煤，也采用掺烧方法，西班牙的j o a q u i n g a n z a l c sb i a s 在研究低挥发分煤燃烧时，也研究了混煤的燃烧特性，西班牙的一些劣质 煤，灰分含量为1 6 5 5 ，平均为4 5 ，研究表明，造成发电设备可用率下降的主要原 大连理工大学专业学位硕士学位论文 因是锅炉结渣和磨煤机磨损，还有一个问题是某些高灰分煤的挥发分可燃物含量低，因 此难以燃烧，可采用高挥发分煤与低挥发分煤的混合燃料进行锅炉试烧，混合煤的挥发 分为1 2 1 6 ，灰分小于4 5 ，结果说明：当采用混合燃料时，由于燃烧效率和可用率 提高，带来了好的经济效益。 1 2 2 动力配煤技术发展现状 最早的动力配煤理论为：动力配煤的主要煤质指标，如水分、灰分、挥发分、硫分、 发热量等具有可加权性或大体上具有可加权性n 因此根据用户的煤质指标，采用线性 规划法，可计算出各单种煤应配入的比例，配煤工艺也极为简单。经过十多年的发展， 特别是近八年来，许多科研单位( 如浙江大学热能工程研究所，煤科院煤化所等) 从事 了动力配煤的研究，提出了一些新的理论、观点和方法，使动力配煤技术发展到了一个 新的水平。 ( 1 ) 动力配煤优化技术 动力配煤是将两种或两种以上的不同性质的煤混合在一起，形成一种满足锅炉要求 的“新煤种 。锅炉种类不同，结构不一样，对煤质就有不同的要求。目前，在我国动 力配煤技术就是研究多种单煤优化配合，充分发挥各单种煤的优势，扬长避短，使配成 的煤既适合炉型的要求( 锅炉效率最佳) ，又使产品成本最低( 配煤和使用单位有好的 经济效益) 。因此，动力配煤技术实际上就是多种单煤优化配方的设计与控制并最终实 现的过程。 动力配煤优化配方数学模型的建立与求解有两种理论，一种理论认为，混煤的煤质 指标( 如灰分，挥发分，发热量，灰成分，灰熔点等) 是各单种煤煤质指标的加权平均 或线性回归，借助计算机求解，简单易行；另一种理论认为，混煤的煤质指标( 如挥发 分，发热量，灰成分，灰熔点等) 与各单种煤煤质指标的加权平均不存在线性相关关系， 采用模糊数学或人工神经网络法求解。这两种理论及求解方法都较好地解决了动力配煤 的优化配方，各有优点，前者操作简单，易于掌握，后者精度较高。随着计算机技术的 广泛应用，准确、快速、及时地给配煤厂提供优化配方将使配煤技术更加完善。 ( 2 ) 配煤工艺 动力配煤的工艺流程的选择与制定应因地制宜，一般应遵守以下原则：一是灵活多 变，便于调整产品结构，满足用户需求；二是投资省，成本低，便于运作、经济效益显 著。根据配煤生产线规模的大小，机械化程度的高低，生产线的工艺流程各不相同。简 单的动力配煤场，配煤粗放，产品单一，工艺极为简单，常采用堆配或仓配。新建的大 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 型动力配煤厂，特别是现代化的动力配煤厂，起点高、投资相对较大、检测手段先进、 工艺流程比较完善。 在配煤技术方面，国外配煤一般采用仓混式、库混式、带混式等形式，现已发展到 依靠配煤理论，运用计算机指导煤厂配煤，计算机优化配煤是国外配煤普遍采用的技术， 而在我国该技术尚未被广泛运用，这也是造成我国配煤技术落后于其他发达国家的原因 之一。而在未来，相信随着我国经济的进一步发展，先进科学管理机制的引入以及煤炭 产业信息化的逐渐升级完善，这一局面将会得到根本性的改善。 ( 3 ) 动力配煤技术尚存在的问题 综上所叙，结合国内外动力配煤技术的研究与应用，我国应大力提倡动力配煤，并 深入开展有关的研究，达到实际应用的目标。在满足需要的前提下，采用“因地制宜” 和“因煤制宜 的方法进行配煤，不仅能达到节约有限能源的目的，同时还能保护环境， 取得较好的经济效益。近十几年来，在有关部门的配合与支持下，动力配煤技术在开发、 应用、推广方面都取得了可喜的进展，动力配煤的年产量达2 0 0 0 多万吨，动力配煤的 经济效益和社会效益也日益显示出来，作为一种比较符合中国国情的洁净煤技术，已列 入煤炭工业洁净技术发展规划，有广阔的发展前景【8 1 ，并且对发展我国国民经济有着现 具体表现在如下几个方面： 中国煤炭总体技术水平较低，很多配煤场尚处于经验配煤阶段，没有系统的配 煤理论做指导： 生产规模小，难以取得规模效益。除电厂外，目前采用专业配煤的市场还没有 形成，国内配煤的生产量仅为生产能力的6 0 左右： 与选煤、型煤、添加剂等工艺结合较少，产品品种少； 配煤工艺及混煤设备落后，没有专业的混煤设备； 质量监测技术落后，多数配煤场没有在线检测，难以实现自动控制； 价格配合、用户效益等因素没有达到最优化水平，综合经济效益较低； 我国配煤技术层次不高，还没有形成推进配煤技术产业化的有效机制，推进配 煤技术产业化的法规不健全，政策不配套，措施不具体，力量不集中，资金筹集渠道不 畅。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 3 课题研究内容及思路 1 3 1 课题研究内容 课题研究内容主要是根据客户需求和市场的需求的不断变化，找出霍林河露天煤业 有限公司动力配煤技术现存问题并加以分析和解决，以适应市场及自身的生存发展战 略，使企业取得显著的经济效益。 动力配煤技术中的关键问题是动力配煤数学模型的建立，而现有的动力配煤数学模 型并不适合霍煤公司，需要进行修改和调整。主要包括： ( 1 ) 选出符合本企业的目标函数； ( 2 ) 确立公司所需考虑的煤炭技术指标： ( 3 ) 客户需求的多样性，决定了动力配煤产品种类的复杂性，也就决定了需对现有 动力配煤数学模型进行扩展； ( 4 ) 由于各煤样资源量的约束使得它们在各配煤方案中的配比总量是互相影响的， 从而就使得各配煤方案具有关联性，那么对产量约束条件公式进行修改； ( 5 ) 对客户需求的煤炭指标数据进行分析，带入数学模型计算之前，需进行适当调 整； ( 6 ) 根据动力配煤理论和实际差距，提出修改方案，并对其配煤结果进行修正，得 到符合生产实际的动力配煤方案。 经济效益和社会效益的研究，使动力配煤数学模型具有实际的意义和价值，而对策 建议的研究就确保了动力配煤优化方案的顺利实施。 1 。3 2 课题研究思路 课题研究是从霍林河露天煤业有限公司动力煤配比技术现存问题为突破口，针对客 户及市场需求的不断变化，以现有动力配煤数学模型为切入点，研究出符合本企业的动 力配煤数学模型，并用实际数据验证了模型的可行性。 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 动力 配煤 技术 发展 现状 图1 1 课题研究思路 f i g 1 1t h er e s e a r c ht h i n k i n go ft h ep a p e r 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 霍林河露天煤业股份公司配煤技术的概况及分析 2 1公司基本背景概述 霍林河露天煤业股份有限公司成立于2 0 0 1 年1 2 月1 8 日，是由原霍煤集团作为主 发起人，联合其他1 0 家企事业单位共同发起设立的股份有限公司，主营业务为煤炭产 品生产、加工及销售。公司成立时注册资本2 3 亿元，2 0 0 6 年底，公司注册资本增加 至5 7 6 亿元。公司现有员工3 5 0 0 多人，共有南露天矿、煤炭加工公司、鲁霍公司等1 2 家基层单位和控股公司，机关设有财务部、证券部等1 4 个职能部室。五年来，全体露 天煤业人团结一致、努力拼搏，创造了许多骄人的业绩。 ( 1 ) 生产规模迅速扩大。露天煤业煤炭生产及收购总量从2 0 0 2 年的7 3 7 万吨到2 0 0 4 年突破1 0 0 0 万吨，实现了几代霍煤人的“年产千万吨 梦想，2 0 0 6 年实现2 0 0 0 万吨， 创造了霍林河矿区建设史上新的辉煌；生产剥离量从2 0 0 2 年的1 8 6 3 万立方米到2 0 0 4 年突破5 0 0 0 万立方米，再到2 0 0 6 年的8 4 0 0 万立方米，呈现扩张发展的强大实力。 ( 2 ) 煤炭销售量稳步增长。露天煤业煤炭销售量从2 0 0 2 年实现7 5 0 万吨，到2 0 0 4 年突破千万吨，再到2 0 0 6 年2 0 0 0 万吨的历史性跨越，五年累计销售煤炭6 5 7 0 多万吨， 比霍林河矿区成立露天煤业之前的煤炭销售量总和还要多i 0 0 多万吨，呈现快速发展的 强劲势头。 ( 3 ) 企业运营能力稳步提高。2 0 0 6 年实现煤炭销售收入1 8 8 亿元，比成立初年的 5 6 亿元增加1 3 2 亿元，增长近2 4 倍；实现利润4 6 5 亿元，比成立初年的1 1 亿元 增加3 5 亿元，增长3 倍还多；上缴各种税费3 6 亿元；每股净收益达0 6 9 元，净资 产收益率3 6 9 。 ( 4 ) 企业实力不断增强。露天煤业成立时资产总额9 6 5 亿元，净资产3 5 7 亿元， 2 0 0 6 年年末总资产已达3 0 亿元，净资产1 0 亿元；公司注册资本由成立时的2 3 亿元 已增长到5 7 亿元；原煤生产实物劳动效率也从2 0 0 2 年的2 3 吨工增长到2 0 0 6 年的5 9 2 吨工，呈现可持续发展的强劲势头。 2 2 所属各露天煤矿简介 霍林河煤矿自1 9 7 6 年开始建设，所在的霍林河煤田总储量1 1 9 2 亿吨，其中主要 煤炭生产单位南露天矿和北露天矿所在的一号露天区煤炭平均发热量3 1 5 0 千卡千克， 含硫量平均为o 5 ，含磷量小于0 0 0 2 ，挥发份大于4 6 ，平均灰熔点1 3 5 0 ，具有 低硫、低磷、高挥发分、高灰熔点“两低两高 的环保特点，非常符合东北地区电厂对 燃煤的要求，特别是随着国家对污染物排放标准的提高，霍林河煤低磷、。低硫的特点， 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 使其更具有明显的市场竞争力。霍林河煤田伴生有丰富的腐植酸资源，总储量在1 7 2 6 亿吨之间，一号露天区探明储量5 6 0 0 多万吨，品位在4 8 4 - 7 0 8 8 之间，最高达7 5 以上，在全国同类矿山中储量最大、品位最优。公司已建立了腐植酸产品生产线，开始 涉足煤化工产品的生产和经营，为有效利用资源和提高煤炭产品附加值奠定了基础。为 满足市场需求，一号露天矿于2 0 0 5 年开始进行从7 0 0 万吨到1 5 0 0 万吨的改扩建工程建 设，计划投资总额1 5 7 亿元，累计已完成5 8 亿元，基建剥离总量2 8 0 5 万立方米，2 0 0 7 年完成剩余的2 8 0 万立方米，9 月1 日以前实现移交，已于2 0 0 8 年实现生产。 二号露天矿区走向长1 3 9 k m ，宽1 2 - 3 6 k m ，占地面积3 1 6 2 k m 2 。精查地质储量 l7 0 2 亿吨，煤种以褐煤为主，煤炭平均发热量3 5 0 0 千卡千克，平均含硫量0 3 6 。二 号露天矿还分布有3 亿吨以上的长焰煤，平均发热量4 9 8 9 千卡千克，含硫量平均为 0 2 8 ，含磷量平均为0 0 3 6 3 。目前煤炭生产单位为鲁霍公司，生产形式以外委为主， 煤炭装车同样采用先进的定量快速装车系统。为满足市场需求，正在进行扎哈淖尔二号 露天矿新建工程，计划投资总额3 7 9 亿元，基建剥离总量计划4 5 7 4 万立方米，2 0 0 7 年完成剩余的2 0 2 7 万立方米，目前沈阳设计院正在修改初步设计，计划于2 0 0 9 年投产。 2 3 客户要求等相关情况分析 在市场经济的大潮中，随着煤炭市场供求的变化，煤炭供需趋于平稳，用户对煤 炭的质量要求不断严格，煤炭质量是企业的生命，是市场竞争的关键，其重要性在目前 显得更为突出。不同的产品有不同的质量标准，对煤炭企业而言，产品质量达标就是煤 炭热值、挥发分、粒度、每节车皮煤量达到供货合同要求，煤炭中不含矸石等杂物，这 些也正是煤炭产品的生命所在。 对于和霍煤股份工资长期合作的大客户来讲，签订合同时都会大致写清以下几点： 煤炭价格；煤炭质量；煤炭质、数验收；货款、运费结算方式；违约责任等等。其中， 最重要的就是前三项。 ( 1 ) 煤炭价格。一般煤炭价格的高低主要由煤炭发热量的大小来决定，而煤炭买卖 价格的确定有两种形式： 一口价，即以一个热值确定一个价位后，最终到厂的热值可以在一定的范围内 浮动，热值的高低可以下一次调整，主要以每月的平均热值为准。这样的计价方式要有 以下几个特点：热值不能低于一定的限制，否则结算价格将另议，并且会造成一定的损 失；同时热值也不宜过高，因为即使下次可以进行调整，但是整体看对于本企业来讲也 大连理工大学专业学位硕士学位论文 不合算；这样的计价方式更需要在配煤的过程中严格的控制，使得煤炭质量趋于稳定和 恒定，这样才能不仅保证了公司的信誉，而且还可以确保利益最大化。 价格随热值的变化而变化，即以一个热值确定一个价格，同时这个热值就是最 低热值，在满足这个下限的前提下，在原来价格的基础上每高一个大卡多加6 厘钱。这 样的价格方式主要有以下特点：熟值的限定比较严格，在配煤的过程中必须控制热值在 规定的最低限制以上：其次价格虽热值的变化而变化，这样在利益上彼此都相对公平， 不会因热值的增加而造成双方中任意一方的损失。 ( 2 ) 煤炭质量。一般客户对于煤炭质量的要求有以下几项指标：煤炭发热量月加权 平均最低值、挥发份月加权平均最低值、灰份月加权平均最高值、水份月加权平均最高 值、全硫份月加权平均最高值和粒度值等指标。 ( 3 ) 煤炭质、数量验收。一般煤炭质量出卖人和买受人双方共同验收，检验结果出 现差异时双方协商解决，出卖人和买受人要及时向对方提供单批化验单；到厂煤炭单批 热值低于规定时，该批结算价格另议；煤炭数量以铁路货票为结算依据，铁路运输过程 中出现规定范围内的路损由买受人承担。 客户的要求，也正是公司生产的目标所在，在生产、配制的过程当中，公司无时无 刻不以这些要求作为生产的指导方向。本着在满足用户要求的前提下，公司以先进的生 产手段，良好的市场信誉实现着经济与社会价值的最大化。 2 4 公司配煤技术现状的分析 2 4 1公司配煤技术现状 ( 1 ) 配煤的工艺流程 霍林河煤田的赋存条件比较复杂，煤层多煤质差异较大，原煤的热值在2 5 0 0 3 5 0 0 卡克之间。在这种情况下，要实现热值均衡稳定的煤炭产品，配煤管理就显得非常重要。 同时，配煤工作是一个机械操作过程，混煤的质量保证取决于混合是否均匀，若混煤不 均匀，煤质得不到保证，配煤将失去意义，所以，配煤工艺的优劣也直接影响到最终的 煤炭产品。 霍林河露天煤业股份公司经过多年来的经验和摸索，已经逐渐形成了自己的生产运 作系统，在整个过程当中对配煤程序进行分析，大致分为以下三级配煤： 一级配煤，利用挡风墙、破碎站，根据坑下采样情况初步配比。这个过程是最 简单、最初级的配煤过程。在开采之前会对各个当前可供开采煤层下的煤质进行初步的 化验( 这次化验主要关注的指标就是热值和水分) ，化验过后会根据剥离情况和所需的 最终成品的热值情况，简单计算出配煤比例，然后指导生产，进行煤炭的剥离和开采， 霍林河露天煤业有限公司动力配煤问题研究 其后把开采出来的煤炭按比例运输到一号破碎站的破碎机里进行第一次破碎。经过一次 破碎商品煤粒度不大于3 0 0 m m 。煤炭会在破碎机里完成第一次掺配。 二级配煤，利用堆取料场再次检测取料进仓。经过第一次掺配后从一号破碎机 出来的煤将由皮带送到储煤场。根据再次采样检测出煤质指标，再次根据热值进行加权 平均计算得到配煤方案，然后可以通过斗轮再进行配比，最后被运送n - 号破碎机进行 破碎。经过二次破碎的煤炭要符合用户要求的小于5 0 m m 标准。 三级配煤，在成品仓下严格化验进入装车系统，装车外运。经过第二次掺配后 从二号破碎机出来的煤将根据不同的热值被运输到成品仓，再根据用户的要求，把煤炭 进行最后的掺配。煤在进入煤仓时使用两台独立的皮带向煤仓送煤，以不同速度同时运 行的皮带配煤会形成一种注仓配比，在理论上就会产生理想的最终产品。但这种方法会 在圆筒煤仓内形成垂直分层。而在装车掺配时，既是通过一个从上到下的系统，使不同 煤质的煤炭以分开、混合、再分开、再混合这样的过程进行混合，使其混合均匀。 整个工艺流程可简单归纳如下： 坑下采样初步配煤一次破碎按质堆放煤场选择配煤方案 斗轮二次破碎成品仓混合皮带进入煤塔后装车 ( 2 ) 配煤的质量检测 质量检测是配煤技术中的一个重要组成部分，一个简要的质量检测应该包括硫分、 水分、灰分及热值的测定，目前公司在混煤采样时只对热值、灰分和水分这3 项煤炭指 标进行分析。从整个配煤过程来看，质量检测主要包括原料煤的质量检测、配煤过程的 质量检测和最终产品的质量检测3 个过程。 原料煤的质量检测。原料煤是配煤的基础，原料煤质量的好坏在很大程度上决 定了配煤质量的好坏。一般说来，原料煤在单一矿区开采出来，煤质相差不会太大，但 是对于本公司来讲，整个煤矿的赋存条件比较复杂，煤层多煤质差异较大，所以这也给 混煤带来了可行性。因此，在开采之前应对其原料煤的煤质情况进行认真的调查研究， 这一阶段宜采用“常规检测 方法对其煤质进行全面的分析，之后计算出混煤比例，就 可以对煤炭的开采进行指导。在这一质量检测过程中，主要检测的煤炭指标有灰分、水 分和热值。 配煤过程的质量检测。对配煤过程进行