精确掺配煤工艺系统设计与应用

李佳恒

【摘  要】目前，随着我国社会主义市场经济快速发展，导致对电力的需求急剧增加，电力供应紧张的局面进一步加剧，而同时随着电煤市场的不断开放，煤炭按质竞争定价的机制已基本形成，发电用煤持续紧张，煤种杂，燃煤质量变化幅度大，煤质偏离锅炉设计煤种较多，甚至不断恶化。近年来，虽然煤炭市场日趋缓和，但燃煤采购结构却无法满足锅炉设计煤种要求，来煤结构复杂，煤质差异较大，给锅炉的安全稳定运行和环保达标排放造成很大威胁，同时掺烧锅炉设计煤种成本较高，公司效益受到极大影响。

【关键词】精确掺配煤工艺系统设计;应用;

前言

一个火电厂对应的来煤矿点有十几个甚至更多，很多电厂几乎都采用多种煤进行混合掺烧，将若干种不同种类、不同性质的煤按照一定的比例掺配加工成混合煤。它虽然具有掺配单煤的某些特征，但其综合性能已有所改变，实际上是人为加工而成的一个新煤种，从而利用各种煤在性质上的差异，互相取长补短，发挥各掺配煤种的优点。

一、需求及现状

配煤是将几种煤炭合并成另一种煤炭，是销售和使用煤炭的企业中普遍存在的业务。煤炭贸易是以煤质来定价的，具体价格以合同为准，一般有对煤炭内在外在多项质量指标的要求，并规定加减价条款，达不到合同标准的煤价需要降价，甚至被客户拒收。电力、钢铁、化工等煤炭用户出于提高锅炉热效率、环保、生产需要等各种因素考虑，对煤炭的多种质量指标也有严格的要求。往往仅靠一个煤种无法达到合同要求或应用要求，为此，在实际应用中经常需要进行配煤。对于煤炭销售企业，当一个煤种无法满足合同要求、需要多种煤配煤时，如何在满足合同要求的前提下，设计出成本最低的配煤方案是企业追求的目标。对于煤炭应用企业，当采购一个煤种无法满足要求，需要采购多种煤炭进行配煤时，其需求是如何以最低的成本，采购到最需要的煤种。当前配煤管理的现状普遍是采用简单的加权平均算法或估算，难以满足多种质量标准同时达标，并尽量降低成本的要求。对于两个煤种的配煤，直接采用加权平均法可以求出最佳配比，但对于两种以上煤种的配煤，则不能采用简单加权平均的算法设计。

二、精确掺配煤工艺系统设计与应用

1.配煤程序设计需求分析。经过分析，配煤需求归结为两种情况：一是有多种煤种，需要配煤使质量达到一定要求，其需求实际是求得一个最优的配比方案，使成本在满足要求的前提下最低;二是已有一种煤炭，需要其他煤炭与其相配以达到要求，目标是从多种煤种采购方案中选择成本最低的一个。第一种需求目标比较明确，其核心就是从众多的配比中寻找最佳。第二种需求是由于需要采购的煤种和配比都是不定的，看似目标难定，但实际与第一种需求是相通的，即从众多候选煤种中选出一个成本最低的配比方案，然后按此制定采购方案。在配煤算法设计中以第一种需求为例说明如何选择最优配比，第二种需求算法类似。设计配煤程序的目的是求得一个最佳配比，其关键在于算法设计。笔者采用模拟进化算法生成配比，再采用穷举法模拟演算，通过对比分析，找出满足合同标准而且成本最低的配煤方案。

2.控制流程。配煤过程中，各单一煤种的流量单独控制，整个系统由多个单回路构成，每个回路的功能通过相同的方式实现，整个系统配煤过程如下：（1）在配煤系统中设置好配煤比例、成品煤重量、各原煤自卸车数量等参数，启动自动配煤流程，启动配煤设备。（2）运煤自卸车到达进场磅房，地磅采集自卸车煤炭重量，操作员依据自卸车进场引导系统选择A#、B#或C#料斗口卸煤，如卸错误料斗口，系统报警。同时系统开启清尘喷淋系统喷水除尘，车辆离开料斗口后，系统关闭清尘喷淋系统。（3）空车自卸车到达出场磅房，地磅采集自卸车空车重量，配煤系统自动计算此次单煤给料量。（4）料斗单煤经计量给料皮带机进行送煤，机上积算器将运算结果传送到PLC 进行对比，看其与设定值是否吻合，并通过调频器调整电动机转速，动态调整煤量，进而控制單煤量。（5）电子皮带秤称重后，单一类型的煤炭被送入主皮带机，煤炭经过主皮带机头部料斗时受到搅拌，再经由转运皮带机、抛高皮带机直接对14#皮带机喂料，14#皮带机头轮衔接10#皮带机，进行出场装船作业。抛高输送机可水平回转，将煤炭堆存至空地上，供检验配煤效果取样。在配煤生产过程中，底层仪控设备的检测数据直接被传送到PLC 进行监视和控制。控制系统回路的主要功能是根据上位机的设定值，通过PLC 控制器、变频器、电机、给料机、电子皮带秤等控制设备来完成配煤操作，同时将配煤过程中的生产数据在人机界面监控计算机上显示出来，以指导操作人员进行生产。

3.车辆引导系统。车辆引导系统利用地感应器、IC 卡、LED 屏引导车辆到达正确料斗，上位机对配煤过程监控，实现自动配煤和手动配煤，下位机采用PLC 采集料斗、给料机的数据，实现对给料机的电机、平带顺序、料斗空气炮清堵系统等的控制。系统包括车辆引导、灯光报警、动态显示车辆信息。车辆在地磅刷卡后，上位机会自动读取卡片的信息，判断本次车辆到哪个坑，车辆在引导系统的指引下到相应的地坑，当车辆压到地感线圈时，系统会判断车辆有没有倒错地坑，当车辆倒错地坑时系统会自动报警。当车辆刷卡时，卡片内的信息会被上位机读取并且给PLC 使用，实现数据共享，减少数据库的使用，提高系统的反应速率，整个车辆引导系统运行更顺畅。车辆的动态显示可以实时地显示各个车辆的动态信息，让中控人员可以直观地了解到各个车辆的当前信息，并且监控车辆。当有车辆的动态信息长时间不发生变化时，可以与车队联系，及时了解车辆的情况。

4.混煤搅拌装置。混煤搅拌装置效率为1 500 t /h，与皮带机输运系统能力一致，故可作为流程设备，与整个皮带机输运系统联动。装置采用立式结构，巧妙利用煤炭料流抛物线，从而减少来料阻力，降低驱动功率。采用双转子逆向搅拌，错开布置，实现料流的二次搅拌。影响煤炭销售成本的最大因素就是最佳配比的计算。通过分析配煤需求，提出了采用模拟进化算法生成配比，再采用穷举法进行模拟演算的配煤算法。对于有加减价约定的合同，该算法也可以轻松模拟计算。该算法可在煤炭销售企业以及电力、冶金、钢铁、化工等煤炭用户企业通用，具有一定的参考价值。配煤中，一些煤炭指标在配煤后化验得到的结果，沿着加权平均数值趋势但都有所偏差，所以按配比配煤后得到的煤炭，其指标还需要经过化验室的验证。影响配煤成本的因素还包括配煤本身的业务操作是否产生费用。当前为降低甚至消除该项费用可以采取装船配煤方法，比如在自动化程度较高的京唐港，采用胶带运输机装船时，可以设定取料机按照相应配比取料;在作业时，也可以按比例由卡车从不同煤垛中取料集港。但如果直接将两垛煤配到一起，将产生一定的配煤费用。

结束语

煤炭掺配工艺，不仅在电力发电领域有广泛的实际价值，在水泥等特殊行业也有广泛的运用，水泥行业除含硫量、热卡值等指标有一定要求外，还对水份、挥发份、灰份等指标有要求，通过不同煤种的掺配，都可以使普通煤达到特殊煤的使用要求，从而提高煤炭的利用经济性。

参考文献：

[1]沃得工作室. PowerBuilder 应用开发指南（编程篇）[M].北京：人民邮电出版社，2018.

[2]徐尤南. 多层客户/服务器体系结构下索引优化的研究[J]. 计算机应用研究，2017，18（8）：125 - 127.

（作者单位：山西大唐国际神头发电有限责任公司）