配煤软件及配煤系统的研究.doc

煤炭配煤软件的研究

路迈西＊，何京东,刘文礼

中国矿业大学（北京校区)化学与环境工程学院 100083

前言

煤炭是我国主要的一次能源,其中80％用于燃烧.但是,煤炭也是造成我国大气污染的主要原因。为了我国经济的可持续发展和能源安全，为了保护人类生存环境，“洁净煤技术”是我国的国策。煤炭配煤是洁净煤技术的重要部分.
配煤是将几种质量不同的煤炭以物理方法混合，从而改变煤炭质量的方法。利用不同煤炭性质的差异，达到煤质互补，使配出的混合煤炭质量稳定，在性能上达到用户的要求，实现节煤和减少污染的目的。

配煤数学模型
研究配煤的基础就是要分析与燃烧有关的煤炭的主要性质在配煤中的变化规律.大量的研究证明，不同煤炭水分、灰分、挥发分、硫分、发热量具有线性可加性，如图1，图2为按照线性函数计算的硫分和发热量与实际测量数据的关系,数据点基本上在对角线上[1]。
图1 硫分计算值与测量值的关系
图2 发热量计算值与测量值的关系

煤炭的燃烧特性最重要的是指煤的着火稳定性、燃尽特性和结渣特性.燃烧特性主要与煤的燃料比密切相关。燃料比（F）是指煤的固定碳含量与挥发分之比，随煤化程度的增高而增高.不同煤炭燃烧比不具有线性可加性。
在达到用户要求的条件下，往往有许多配煤方案,快速的找到最优配煤方案,是动力配煤的核心。当不计算燃烧特性时，最优配煤方案可以用线性规划求解。
1、目标函数
在满足用户煤质要求的条件下,配煤成本最低,获得最大经济效益是企业追求的目标，即：
（1）

式中：Z为总成本或总价格，Cj为第j种煤的成本或价格，Xj为第j种煤的重量

2、约束
约束有三种：
1) 对配煤产品的质量要求，如灰分、水分、发热量、硫分、固定碳、灰熔融特性等;
2) 单种煤配煤重量限制；
3) 配煤产品总量要求。

3、优化方法－单纯形法
单纯形法求解的数学基础是线性代数解联立方程所用的迭代法,此法计算过程虽然比较繁琐，但有一定的规则与步骤可循，便于计算机编程计算。单纯形法的基本思路是［2]:根据问题的标准采取逐步接近的最优化办法,先从可行域中某个基可行解（一个顶点）求出一个可行解,转换到另一个基可行解,并且使目标函数值达到最大时，就得到了最优解.
进行优化前首先要将线性规划问题的数学模型变换为标准型式,即:
1、 将目标函数由最小变换为目标函数最大;
2、 把不等式约束变换为等式约束。
对线性规划问题的求解结果可能出现唯一最优解，无穷最优解，无界解和无可行解几种情况,为此要建立对解的判别准则，并将判断结果通知用户，当煤质达不到约束要求，不能出现唯一最优解时,要通知用户改变约束。

考虑燃烧特性的非线性数学模型

当配煤的各煤种差距较大，用户对配煤产品燃烧性能指标的要求比较严格时，需要考虑燃烧特性的动力配煤数学模型.
解题的思路是：首先不考虑燃烧特性约束，利用单纯形法对其线性规划部分求解，求解结果有3种：
1、 如果有最优解,计算燃烧特性指标，如果满足要求，则该解即为该问题的最优解;
2、 如果燃烧特性指标不满足要求,采用非线性规划问题方法求解；
3、 如果该线性规划无可行解，则该问题无解。

配煤软件的开发

配煤软件要实现以下功能：
1、 在达到用户要求的条件下，给出最优配煤方案。
2、 煤种可达20个，质量约束可达19个.
3、 煤样资料可以从键盘输入，也可以由数据库选用。
4、 计算结果能够以文件形式保存，可被Word等编辑.
5、 具有对配煤数据库文件修改、添加、删除等管理功能。
6、 具有帮助文件系统，人机界面友好。
本软件涉及四种数据文件：程序配置文件、配煤方案文件、配煤数据库文件和配煤计算结果文件。
根据以上要求，程序的总体方案设计如图3所示。

主控模块（主菜单）
键盘输入配煤数据模块
由文件输入数据模块
由数据库选择数据模块
配煤数据库管理
配煤数据库管理模块
程序配置文件管理模块
帮助文件系统模块
新建数据库模块
编辑数据库模块
数据库

显示、输出、打印、保存计算结果模块
优化方案计算模块
图 3 程序总体方案设计图

程序用Delphi语言开发，Delphi是面向对象的计算机语言，它的各个功能可通过类及类的方法实现,并可实现封装,由程序调用。
运行的可靠性是软件开发必须认真考虑的问题，本软件采用如下方法保证运行的可靠性：
1. 使用Object Pascal的异常处理机制。
2. 采用三种方法防止非法数据进入程序：防止输入非法数据;防止打开非法文件；数据存盘之前,检验其正确性.

图4 配煤程序运行界面

图5 配煤程序优化结果

该软件在Windows95及以上版本运行，人机界面友好，使用可靠,运行速度快。根据用户的需要可以显示最优结果，也可以显示所有的搭配方案；还可以由用户输入希望计算的比例，给出最终产品的指标和总费用.可用于配煤厂、选煤厂、发电厂、炼焦厂及其它用户,图4,5为程序运行界面。
动力配煤生产线的工艺流程一般包括原料煤的受煤储煤、分品种在线检测，配煤比例的计算和优化、不同煤炭配煤量的在线调节，脱硫剂的添加，煤炭混匀等工序。
动力配煤中常采用的在线检测仪器主要有灰分、水分、硫分测定仪，煤炭重量传感器等。
配煤的主要添加剂是钙系脱硫添加剂，其作用是在煤炭燃烧时，将硫固结在灰渣中,减少大气污染。我校研究的固硫添加剂的固硫率可以在50%左右。

结论

动力配煤的最大优点是可以充分发挥每种煤的优点,相互“取长补短”，使配煤质量满足大、中、小不同类型锅炉的需要。配煤还可提高出口煤的质量.对于发电厂,配煤不但可以降低购煤成本，满足锅炉对煤质的要求，还可以降低电厂其它运行费用（例如磨煤、脱硫、除灰渣等费用）,降低生产成本。
配煤软件人机界面友好，使用可靠，运行速度快，适合在配煤厂、选煤厂、发电厂、炼焦厂等企业使用。

参考文献
1． 何京东，硕士论文，（中国矿业大学，北京），2000
2． J.R。伊格尼齐奥，《单目标和多目标线性规划》，同济大学出版社，1986
3． 陈文敏,《动力配煤》，煤炭工业出版社，1999