煤岩学角度分析线性规划法配煤入洗试验研究的可行性

孙景丹，张文斌，孟令丽，罗娇赢

(黑龙江工业学院 环境工程系，黑龙江 鸡西　158100)



煤岩学角度分析线性规划法
配煤入洗试验研究的可行性

孙景丹，张文斌，孟令丽，罗娇赢

(黑龙江工业学院 环境工程系，黑龙江 鸡西158100)

摘要：拟利用线性规划法建立配煤数学模型，通过求解配煤模型优化出最佳配比指导配煤入洗，利用煤岩学中镜质组反射率辨别参与配煤的三种煤及配煤入洗后所得精煤都符合给定煤牌号，验证了基于线性规划法配煤入洗试验的可行性。

关键词：配煤；线性规划；煤岩学；镜质组反射率

作为一个钢铁大国，我国每年用于炼钢的焦炭量是十分庞大的，全国煤炭资源不能实现大规模单种煤炼焦的要求，这使得配煤在炼焦行业中越来越重要。[1]配煤作为稳定炼焦煤质量的一种有效方法，实现了有效利用煤炭资源，节省优质焦煤资源作用，使得用于炼焦使用的煤的种类增加，降低焦炭产品的生产成本，获得较好的综合效益，实现炼焦行业和国民经济的迅速发展。[2-4]

本文作者结合鸡西当地三种炼焦煤实际情况，采用线性规划法优化配煤入洗研究，用煤岩方法中镜质组反射率指标对试验可行性进行验证。

1试验条件

1.1样品。

试验以鸡西产的三种煤：1/3焦煤、主焦煤、肥煤为试验研究对象，进行了基于线性规划法配煤入洗炼焦试验研究。试验研究中三种试验煤煤质指标见表1，炼焦煤质指标要求见表2。

表1　试验煤种煤质指标

表2　炼焦煤煤质指标

1.2配煤优化方案的建立。

根据配煤炼焦的理论可知，焦炭产品质量的好坏在配煤和炼焦生产工艺相对成熟的条件下，主要取决于配合煤煤质质量。[5]配合煤的各项煤质指标与各混配单种煤煤质指标之间是存在线性相关性，所以配合煤质量主要由参与配合的各单种煤的质量和配合比例共同决定。[6-7]应用线性规划数学方法首先应该先明确和生产息息相关的参数变量，确定它们之间存在的约束条件，建立线性相关性方程，通过求解线性相关方程来求解最优配比。

建立配煤优化模型，以炼焦煤煤质指标要求及三种配合煤煤质指标为约束条件，配合煤成本价最低为目标函数。[8]配煤优化模型如下：

目标函数：

f(x)=c1x1+c2x2+……+cnxn

(1)

约束条件：

x1+x2+……+xn=1

(2)

灰分约束条件：

0.1≤a11x1+a12x2+……+a1nxn≤12.0

(3)

挥发分约束条件：

25≤a21x1+a22x2+……+a2nxn≤30

(4)

硫分约束条件：

0.4≤a31x1+a32x2+……+a3nxn≤1.0

(5)

胶质层厚度约束条件：

16≤a41x1+a42x2+……+a4nxn≤20

(6)

式中：xi为各单种煤配煤比例，xi≥0，i=1,2,…,n；

f(x)为原煤总成本价；

a1i为煤的灰分，xi≥0，i=1,2,…,n；

a2i为煤的挥发分，xi≥0，i=1,2,…,n；

a3i为煤的硫分，xi≥0，i=1,2,…,n；

a4i为煤的胶质层厚度，xi≥0，i=1,2,…,n；

ci为各种煤的价格，xi≥0，i=1,2,…,n。

根据配煤优化模型，求解出最佳配比，见表3。

表3　线性优化结果

2煤岩学验证试验

2.1试验设备及方法。

镜质组反射率是煤的一个重要煤化度指标，它不因煤中煤岩组成含量变化而变化，是一项稳定的煤化指标。[9]本文中验证试验所用的设备是煤岩分析系统SCOPA1显微光度计，依据GB/T6948-2008《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》自动测定煤的镜质组最大平均反射率及镜质组反射率分布图。[10-11]对浮沉试验洗选后三种精煤及按照最佳配比混合后的混合煤样依次进行粉碎、缩分、筛分步骤制约1g左右粒度在0.2～1mm的粉煤煤样，将煤样和不饱和树脂装入硅橡胶模具中，按比例混合均匀后，冷固成型，最后进行粗磨、细磨、抛光制成符合标准的粉煤煤样光片。[12]

3煤岩分析试验结果

3.1单种煤的煤岩分析。

本文利用镜质组平均最大反射率和镜质组反射率分布图，判断三种单质煤煤质指标是否符合为混煤及利用三种煤混配后混煤是否能达到炼焦的标准，以此验证试验可行性。[13]依据镜质组反射率测定的标准差值和反射率分布图特征辨别煤样是否为混煤现象，反射率标准差值小于0.1的煤样定为单种煤样，标准差值大于0.1为混合煤样，将标准差值大于0.2，视为严重混煤情况。从镜质组反射率分布图的特征来分类，一般分四种类型。[14]

(1) 反射率分布图呈正态分布，且分布区间较窄的煤样视为单一煤种。[15]

(2) 反射率分布图出现一个主峰和一个或多个小肩峰，同时分布区间较宽， 具有这种特性反射率分布图的煤样被视为单一煤种中混有少量其它煤种。[15]

(3) 反射率分布图出现双峰分布且峰值有间距，分布区宽视为由两种性质相差很大煤样组成。[15]

(4) 当由多种煤质指标相差很大的煤样组成时，这种混合煤样的反射率分布图多呈现多峰分布，且分布区间较宽。

依据GB/T6948-2008《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》[11]测定三单种煤及混配后煤样，测定结果如下。

表4　主焦煤煤岩分析结果

图1　主焦煤镜质组反射率分布图Figure 1　The vitrinite reflectance distribution figure of coking coal

表5　1/3焦煤煤岩分析结果

图2　1/3焦煤镜质组随机反射率分布图Figure 2　The vitrinite reflectance distribution of 1/3 coking coal

表6　肥煤煤岩分析结果

图3　肥煤镜质组随机反射率分布图Figure 3　The vitrinite reflectance distribution of fat coal

3.2混合煤的煤岩分析。

按配煤优化模型求解出最优配比，即18%的主焦煤、32%的1/3焦煤、50%的肥煤进行混合进行浮沉试验，对试验制得精煤煤样进行煤岩分析，所得试验结果如下表所示。

表7　配合煤煤样煤岩分析结果

图4　配合煤镜质组反射率直方图Figure 4　The Vitrinite reflectance distribution of blending coal

从表7中数据看出配合煤的加权平均最大镜质组反射率为1.096，在炼焦煤范围内，是可以作为炼焦用煤使用的，且标准偏差为0.123值可知为混煤。

4小结

本文利用煤岩系统对三种洗选精煤及按线性规划数学模型优化最佳配比进行混配后的配合煤进行了镜质组反射率的测定。对试验中测试所得到镜质组最大反射率及镜质组反射率直方图试验数据分析可知：煤岩分析系统对试验中煤样及配煤入洗后所得煤样的测试结果验证了基于线性规划法所建立配煤数学模型求解出最优配比进行配煤入洗炼焦方法是可行的。

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Class No.:TD94Document Mark：A

(责任编辑：郑英玲)

Feasibility Analysis of the Linear Programming Used in the Coal Blending From the Perspective of Coal Petrology

Sun Jingdan, Zhang Wenbin, Meng Lingli, Luo Jiaoying

(Environmental Engineering Department , Heilongjiang University of Technology ,Jixi, Heilongjiang 158100，China)

Abstract：With the linear programmingmathematical model of coal blending, we try to establish a mathematical model of coal blending to solve the optimal model of coal blending ratio of coal blending . The coal petrography in vitrinite reflectance , can be used to distinguish the coal blending of three kinds of coals and the coal washed should be in line with the given coal grades. The paper verifies the feasibility of linear programming method based on the test of coal blending.

Key words：coal blending;linear programming; anthracology; vitrinite reflectance

中图分类号：TD94

文献标识码：A

文章编号：1672-6758(2016)04-0039-4

基金项目：鸡西市科学技术局“基于线性规划法的配煤入选研究”(编号：2015S186)。

作者简介：孙景丹，硕士，助教，黑龙江工业学院环境工程系。