动力配煤的新模型及其求解.pdf

第3 0 卷第6 期 2 0 0 1 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 0N o ．6 N o v ．Z 0 0 1 文章编号1 0 0 0 ～1 9 6 4 2 0 0 1 0 60 6 2 70 3 动力配煤的新模型及其求解 高洪阁，李白英 山东科技大学资源与环境工程学院，山东泰安2 7 1 0 19 摘要建立了动力配煤新的数学模型，该模型中的约束条件如水分、灰分、挥发分、硫分、发热量 等指标与单煤之问具有良好的线性加权关系；对灰熔．最的约束务件，考虑了单煤友分产率和配比 2 个基本参数，采用单煤友分产率加权平均法，可克服原模型不能准确预测配煤灰熔点问题．在 对模型求解时．采用了配煤中单煤配比与基的换算关系方法，并给出了不同基之间的换算公式， 提高了配煤的精度，从而完善了动力配煤的教学模型． 关键词动力配煤i 友熔．董；数学模型i 线性关系i 基的换算i 单纯彤法 中国分类号T K2 2 3 ．7 2文献标识码A 动力配煤0 1 就是要发挥各个单种煤的特点，相 互取长补短，使原本不适合单烧的煤，经过台理配 制，制成一个新煤种，使煤质与锅炉特点相适应，并 能保证配煤质量有相对的稳定性．由于配煤中尽量 扩大储量比较丰富的煤种的比例，故可以节约优质 煤，做到物尽其用．因此动力配煤技术已在国内外 得到广泛应用，特别是在煤炭出口方面，通常采用 配煤方法来满足客户要求[ 2 J ． 叭前的研究表明，应用线性规划方法建立动力 配煤数学模型时，其约束条件中灰熔点是根据线性 可加的原则，以单煤灰熔点和配比作为基本参数进 行加权平均，而忽略了单煤灰分产率这一重要概 念，因而导致计算结果和配煤实测结果的误差较 大．从而使动力配煤数学模型的准确度降低．因此 有必要重新建立新的动力配煤数学模型，从而保证 动力配煤数学模型的准确性，以便能够得出配煤的 最佳配方，以达到合理用煤． 1 数学模型的建立 原动力配煤数学模型不能准确地预测出配煤 灰熔点温度o ] ，主要是由于灰熔点温度与煤中灰分 产率有关，因此所建立的动力配煤新的数学模型， 既要考虑单煤所占比例，又考虑单煤灰分产率大 小，故采用单煤灰分产率加权平均法以克服原计算 方法的不足H ] ． ∑A ，X f T 。 ■。≤止} 一≤T ⋯ ∑A j X j 式中A 为第j 种煤的灰分产率；L 为第j 种煤灰 熔点；x ，为第j 种煤占配煤的比例；T 。为灰熔点 下限；t 。为灰熔点上限． 其它各项指标的约束条件 不包括灰熔点 为 B ．≤∑M 。x ，≤A ． 式中A ．且分别为用n 种单煤配制的第i 个指标的 上限和下限，该条件不包括配煤的灰熔点{ 尬，为 第J 种煤的第i 个指标． 根据上述的约束条件，并建立成本最低的目标 函数，可得出动力配煤的新数学模型． 目标函数M i n Z ∑C j X j J 一1 约束条件 ∑A 』X j T ， t 。≤』 } 一≤7 T ～ 配煤灰熔点 ， ∑A F ， J ‘1 且≤∑M i X ，≤ 其它各项指标 ， J 3 I ∑x ， 1 ， J ‘1 X ．≥0 ， 根据以上考虑得出配煤灰熔点的约束条件为 式中C j 为单煤成本 收稿日期t8 0 0 1 0 3 2 1 怍者简介高洪周 1 9 6 7 ． ，男，辽宁省锦州市人，山东科技大学博士研究生，从事沽净爆技术厦污术防治方面的研究 万方数据 中国矿业大学学报第3 0 卷 与原动力配煤的数学模型的本质区别在于新 模型考虑了灰分产率对灰熔点的影响，而其它指标 的约束条件与原模型是一样的． 2 验证 本文选取了北京煤炭科学研究总院煤化所1 0 组单煤及8 组配煤数据进行验证，煤种包括气煤、 1 ／3 焦煤、不粘结煤和无烟煤，分析指标包括水分、 灰分、挥发分、硫、发热量、C R C 结渣性 和灰熔点， 单煤和配煤的主要指标试验结果详见表1 ． 表1 单煤和配煤主要煤质指标可加性试验位 T a b l e1 E x p e r i m e n 诅li n d e xo fs i n g l ec o a la n ds t r e a n lc o a lb l e n d i n gi n 唧e r i m e n t 序号 煤样地及毗面i 型L 丁瓦一姑揸性 掌， 州c o l神混原8．236 ．3 30 ．2 63 0 ．7 312 7 ．9 8 012 1 0 0 2 林西洗束 原 仉7 02 6 ．8 31 ．2 41 8 ．4 072 3 ．8 4 4 15 0 0 0 3 袁城 原 1 ．7 64 9 ．5 612 22 1 ．8 921 3 ．9 2 0 15 0 0 0 4 1神 2 9 ％ 市K 3 5 ％ 永 3 6 ％ 3 ．2 32 9 ．4 00 ．9 72 3 ．5 732 1 ．5 2 315 0 0 0 5 山优 原 3 ．7 08 ．3 10 ．3 6Z 5 ．3 832 9 ．3 5 412 6 0 0 6 1山 3 0 ％ 神 1 0 蹦 永 3 6 ％ 2 ．8 13 Z ．1 50 ．8 72 3 ．5 32Z 0 0 1 815 0 0 0 7荆各庄 原2 ．3 43 2 ．3 40 ．3 42 7 ．7 8 31 9 ．8 3 9 l5 0 0 0 8 鑫源 原 1 ．5 43 5 ．8 60 ．8 32 57 941 9 ．1 3 8 15 0 0 0 9 1 山 3 7 ％ 荆 1 0 ％ 鑫 5 3 ％ 1 ．6 52 5 ．3 40 ．6 12 5 ．9 842 3 0 3 315 0 0 1 0 柳江曹山 啄 2 ．0 04 1 ．9 00 ．3 07 ．2 211 7 ．4 1 014 6 0 1 1 。神 3 3 “ 林 4 7 ％ 柳 2 0 “2 ．8 9 2 2 ．9 30 ．7 42 0 7 242 3 ．9 1 315 0 0 1 2 ’山 2 4 “ 神 1 0 蹦 剂 6 6 ％2 ．3 0 2 4 ．0 60 ．3 32 7 ．5 722 2 ．9 2 215 0 0 1 3多优 原3 ．9 61 3 ．2 60 ．5 12 7 ．7 1 22 7 ．1 2 913 6 0 1 4 ’山 3 1 “ 多 1 D ％ 蠡 5 9 “1 ．7 72 4 ．7 00 ．6 12 6 ．2 142 3 ．3 3 815 0 0 1 5大优原4．647 ．4 70 ．4 52 6 ．2 122 8 ．8 7 312 5 0 1 6 。大 1 0 ％ 山 2 3 ％ 荆 6 7 ％ 2 ．0 02 3 ．9 80 ．3 42 7 ．7 732 31 7 615 0 0 1 7 榆林 原 8 ．1 36 ．8 00 ．2 82 9 ．6 612 7 ．6 1 511 4 0 1 8 ’山 3 c l “ 榆 1 0 ％ 隶 6 0 ％1 ．8 73 2 ．9 50 ．8 52 3 ．7 9 2 1 9 ．8 3 4 14 8 0 注；* 代表配煤，括号内为其煤样的古量 质量分数 其它编号代表单煤． 应用动力配煤新数学模型计算的配煤相关指新、旧2 种数学模型计算的理论值 标理论值详见表2 ，其中灰熔点指标列出了应用 从表1 和表2 对比分析可以看出，对于水分、 灰分、挥发分、硫、C R C 和发热量指标，采用单煤加 权平均方法得到的理论值与实测值基本致．灰熔 点D T 表明，应用新模型中的灰分产率加权平均值 计算的理论值与实测值非常接近．应用新公式计算 值只比实测值平均低2 4 ．6 ℃，最小仅相差6 ℃， 最大不超过4 0 ℃．而没有考虑灰分产率的理论值 比实测值平均低8 9 ．3 ℃，最大偏差达到1 0 1 ℃， 新公式准确度比没有考虑灰分产率的理论值公式 平均提高6 4 ．7 ℃．新公式产生误差的原因不完全 由公式本身造成的，而是当灰熔点超过15 0 0 ℃时 被认为15 0 0 ℃，从而导致理论值略偏低，但幅度 远小于没有考虑灰分产率的理论值．可以认为，如 果单煤的灰熔点能够准确测定，用新公式计算的理 论值与实测值更一致． 3 动力配煤配比与基的换算关系 当采用单纯形法对对动力配煤数学模型求解 时，还要根据不同实际情况校正单煤的配比即采 用不同基时，配煤的比例将会有所改变．影响配煤 性质的因素主要有2 种，1 构成配煤的各单煤性 质；2 构成配煤各单煤所占配煤的比例．在生产 一雏墨 万方数据 第6 期高洪阁等动力配煤的新模型及其求解 动力配煤之前，通常先测出构成配煤的单煤各种分 析指标，然后根据动力配煤数学模型求解最佳比例 关系．在通常情况下，构成配煤的单煤的配比比例 是按照收到基计算的，即包含煤中的全水分．而在 对单煤进行分析过程中，经常会用到单煤空气干燥 基 分析基 ，干燥基等来表达配煤的比例，如果单 煤所占配煤的比例仍然按照单煤的收到基所占比 例来计算，势必会带来一定的误差．为此本文选用 二种单煤为例进行理论推导口一． A 种单煤 收到基 所占配煤的比例 质量分 数，下同 为”一。，B 种单煤 收到基 占配煤的比 例为”一，一般情况下，在求解过程中，单煤占配 煤的比例是以收到基进行配比的，即包含单煤的全 水分 通常情况下，收到基水分与全水分基本一 致 ，从而使实验条件与生产环境一致．而在有些情 况下，煤样的配比是按分析基进行的，而生产中必 须按收到基来配比．需要对不同的基进行换算．设 在空气干燥基条件下，A 种煤占配煤的比例为 w 一．一，B 种煤占配煤比例为w a ．由于收到基水分 与全水分一般情况下基本相同，在推导公式过程中 用全水分代替收到基水分，A 种单煤的全水分表示 为“ w ．，B 种单煤的全水分表示为“ J M 。，则“ 一．“ 和w B ．d 与w A 。和u m ，。的关系如下o ] ． W A ．。 1 一甜M , A , t ∞ ．耐 1 一驯M ， ．d ， ‰，d [ 训A ．。 1 一砷M ，A ，， 3 ／ 1 一饥J M ．A 。d ， 同理可以得出 叫B ，“ [ w s m 1 一训M ，B ，t 3 ／ 1 一w M ，B ，“ 则A ，B2 种单煤的分析基 空气干燥基 和收 到基的关系是 里 型一型盎 二型丛△ 1 211 二型丛． 幽2 驯B ．d 一叫B m 1 一训M ． ． d 1 一驯M ，B ．t ’ 如果采用单煤干燥基来计算配煤的干燥基指 标，若w 。表示A 种单煤在干燥基条件下占配煤 比例，w “表示B 种煤样在干燥基条件下占配煤的 比倒，则在干燥基条件下A 种单煤和B 种单煤的 比例关系是； 趔一些＆ 二型M 。1 2 W B ，d 一”B _ a r 1 一ⅡJ M ，B ，E ‘ 通过以上公式推导，可以得出以下结论． 在对配煤数学模型求解时，各项指标的基必须 一致，误差的大小是由构成配煤的单煤水分决定 的，如果各单煤所含的水分比较接近．则产生的误 差比较小，否则误差就会较大，不产生误差的条件 是各单煤所含的水分相同． 4 结论 本文得出了动力配煤新的数学模型，应用新模 型计算出的灰熔点的理论值更接近实测值．充分证 明了动力配煤灰熔点具有良好的线性可加性．并通 过动力配煤中单煤的配比与基的换算关系，可以提 高动力配煤的精确度，这在动力配煤理论的完善以 及指导实际应用都有重要的意义． 参考文献 [ 1 ] 陈文教．洁净煤技术基础[ M ] ．北京堞炭工业出版 社，1 9 8 9 ．1 3 0 - 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