概述
动力配煤是将不同牌号、不同品质的煤经过筛选、破碎、按比例配合等过程，从而改变动力煤的化学组成、岩相组成、物理特性和燃烧性能，达到充分利用煤炭资源、优化产品结构、煤质互补、适应用户燃煤设备对煤质要求、提高燃烧效率和减少污染物排放的洁净煤技术。
动力配煤的重要意义在于：
①提高和稳定动力煤质量，满足用户要求；
②减少污染物排放，保护环境；
③合理利用煤炭资源，提高煤炭企业的经济效益。
技术原理
所采用的技术方法均是利用各种煤在性质上的差异，相互“取长补短”，最终使配出的动力煤在综合性能上达到“最优状态”，以满足不同用户的需要。将二种以上不同种类、不同性质的煤按一定比例掺配加工而成的混煤，是通过物理手段人为加工的一个新“煤种”。同时，可使煤的质量稳定，在工业锅炉、窑炉中燃烧时可取得一定的节煤效果。
国内外流行的煤炭混配方式主要有三种：地面式、地下坑道式及半空式精确配煤技术。前两种配煤方式工艺流程粗放，混配过程简单，物料损耗较大且无法满足环保要求。半空式精确配煤技术是利用若干个大型筒仓，仓顶给煤系统及仓底配煤设备进行精确配煤，生产出符合环保及节能要求的清洁煤炭生产技术，根据需要可以混配多种不同规格的煤炭，将不同品质的单一煤种分别通过输送机输入到各个筒仓，根据用煤企业对煤质（如：发热量、含硫量、含磷量、灰质等指标）要求，自动控制，科学配比，精确的将所选定筒仓内的单一煤种通过仓底部的刮板给煤机在同一时段内把煤炭输送到仓下的输送机上进行输送。该配煤方式改变了传统的露天作业，整个配煤系统采用封闭式的带式输送机和自动控制管理技术，使得配煤过程被有效控制，实现了煤炭的清洁利用，达到科学、精确混配的目标。
动力配煤主要指标包括：
①煤的水分：煤中的水有自由水分、湿存水分、结晶水分三种不同的存在状态，并具有不同的物理化学性质。自由水分是指附着在煤粒表面的水分，湿存水分是指存在于煤的小毛细管中的水分，这两种游离水可在105℃~110℃的温度下经过一定时间的蒸发全部脱除；结晶水分是以化学方式结合的水，在严格的高温下才能除去，每种该水分含量不大。煤中水分高，运输时会增加运力；炼焦时消耗热量，演唱炼焦时间；燃烧时降低发热量，增加煤耗；还会给破碎、筛分造成很大困难，降低效率，损坏设备。但煤中有一定的水分可防止运输过程粉煤的损失，改善炉膛热辐射效能。配煤时具有线性可加性。
②灰分：煤的灰分指煤中所有可燃物完全燃烧，煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣，包括硫化矿物的氧化、碳酸盐的分解和粘土类矿物脱去结晶水等。煤灰的特性会直接影响煤的利用，灰分越高，煤中矿物质含量就越多，煤炭运输的效率就越低，对燃烧过程也会产生不良影响。
③挥发分：煤样在高温隔绝空气的条件下，经过一定时间的加热，美中有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态和气态产物。挥发分越低，煤的变质程度越高。煤的挥发分含量需与锅炉设计煤种的挥发分标准一致以保证稳定燃烧和最高效率。配煤中以28%~34%为最佳。
④固定碳：指除去分析煤样水分、灰分和挥发分后的残留物。煤的发热量与固定碳成正比，所以固定碳是煤质分析的重要指标。
⑤硫分：存在状态分为有机硫和无机硫，硫是一中有害物质。
⑥发热量：收到基低位发热时评价动力煤质量的主要参数。
⑦煤灰熔融特性：煤灰在高温下达到熔融状态的温度，工业上以煤灰的软化温度ST作为衡量煤灰熔融特性的指标。
以上指标在配煤时都可认为具有线性可加性。但当配煤的各煤种的灰成分变化较大时，需要单独建立配煤的灰成分和灰融温度的数学模型。
动力配煤的数学模型
1 动力配煤的线性规划模型
动力配煤的优化设计原则是在一定约束条件下追求目标函数的极值，可分为三个步骤：提出约束条件、确定目标函数、建立数学模型。
线性规划的约束条件如下 ：
(用n种单煤配制的第i个技术指标不能大于配煤技术指标的上限)；
(用n种单煤配制的第i个技术指标不能小于配煤技术指标的下限)；
(在配煤计划期内，资源不足的单煤配比不能大于它占配煤量的比)；——————————————————————————————
余星（1981-）女,硕士，湖南人文科技学院数学系教师,研究方向:金融数学
[基金项目]湖南省大学生研究性学习与创新性实验资助课题.
(n种单煤相配，配比之和必须为100％)
(各种单煤的配比不能为负值， = 1，2，3，⋯，n )。线性规划的目标函数如下：
( 种单煤相配，其成本最低)；
( 种单煤相配，优质煤配比最小)；
( 种单煤相配，优质煤配比最大)。这是一个线性规划的数学模型，可以用图解和单纯形法或借助Lingo软件来求解。
2 动力配煤的改进模型
混煤特性与各组成单煤之间并非是简单的加权关系而是具有复杂的非线性特征。应用神经网络理论、模糊数学等数学手段可以满意地描述这种非线性特征，并以此建立优化配煤的数学模型。通过求解此模型可以得到比加权平均方法更准确、更符合实际的配煤方案。开发和应用电厂优化配煤专家系统可以指导电厂的配煤生产，优化锅炉的运行以及加强煤场的管理，这是电厂动力配煤技术进一步发展的方向。
2.1遗传算法在动力配煤中的应用
遗传算法(Genetic Algorithm，GA)是一族通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法．它把搜索空间映射为遗传空间，把每一个可能的解进行编码，并按预定的目标函数评价，根据适应度信息进行选择、交叉、变异等遗传操作，生成新的更为优良的群体．遗传算法与传统优化方法相比其优越性体现在 ]：(1)群体搜索策略，在搜索过程中不易陷入局部最优． (2)在高维可行解空间随机产生多个起始点并同时开始搜索，加快了求解速度．这使得GA成为一种全局性、并行性、快速性的优化方法，具有很强的鲁棒性，可以广泛应用于工程技术中。笔者研究了GA实现中的一些问题，如编码方式、适应度函数以及控制参数和终止判据的确定．并对电厂配煤进行了仿真试验，取得了较为理想的结果．
遗传算法作为一种函数优化方法，不依赖于求解问题的本身，利用简单的编码技术和繁殖机制，快速有效地搜索复杂、高度非线性和多维空间，寻求最优解．动力配煤是一个多元优化问题，混煤与各组成单煤间的非线性关系增加了约束条件向确定性方程转化的难度．将遗传算法用于动力配煤方案优化，利用其全局性、并行性、快速性的特点，有效地解决了配煤中的非线性多约束问题，取得了理想的效果。
2.2配煤专家系统下的数学模型
浙江大学热能工程研究所的一项国家“八五”重点攻关项目，对性能各不相同的数十种无烟煤、褐煤、烟煤及混煤的燃烧、结渣、热解、助燃、着火及固硫特性进行了广泛的研究，得出混煤的煤质特性和燃烧特性与各组成单煤之间并不是简单的线性关系，而是具有复杂的非线性特征这一重要结论，并运用神经网络技术和模糊数学等现代数学方法建立了非线性的优化动力配煤模型，成功开发了优化配煤专家系统。
国内发展和应用现状
自70年代末我国分别在煤炭系统、燃料流通系统、电力系统等开展和建立了动力配煤线，取得了一定的成果。目前，煤炭系统正在开发的配煤场有杭州煤场、株州选煤厂煤场、重庆煤场、安徽蚌埠煤场、上海燃料总公司、佛山市燃料公司、无锡市燃料公司、天津市煤建总公司、北京煤炭1-4厂等均初步建立起动力配煤生产线。20世纪80年代初期，我国京、津、沪等大城市开始采用动力配煤技术，近几年来，动力配煤技术在我国得到了广泛应用，实践表明，动力配煤有着投入及生产成本低，均化煤质与节煤效益显著，产品适应面广的特点，配煤生产线建设投入约为20元/t/年-40元/t/年，加工成本约2元/t-4元/t，使用配煤的平均节煤率约为5%-10%。因此，积极发展动力配煤技术，提高动力用煤的配煤比重，是一种符合当前我国技术、经济水平和煤炭产销状况的行之有效的途径。
我国政府对清洁能源使用及配煤技术的应用和发展也非常重视。2006年，我国成功从荷兰引进了洁净煤精确配煤技术，进口德国设备，在连云港建设离第一个洁净煤配煤中心，通过对不同煤炭的科学混配，为各类用于提供特定技术参数的洁净煤炭，为用户提供更经济的资源利用方案。结合我国能源状况，深入国内重点产煤、用煤地区及交通物流领域将进行考察、调研，整合国内外煤炭资源，我国计划在各地陆续建立20多家配煤连锁规模的煤炭超市运营体系，第二批洁净煤精确配煤中心已经在宜昌、湛江、日照和襄樊等地陆续开工建设。
国外发展和应用现状
西方一些国家使用配煤的目的是采用低硫煤与高硫煤混合，以降低硫的氧化物的排放，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。
美国的动力煤大部分为优质煤，在煤粉炉中燃烧不成问题，所以将精力集中于污染物的控制。美国的东部、中部煤炭含硫较高，西部较低。东部和中部的电厂需使用西部煤或采用脱硫装置，才能满足二氧化硫的排放要求。采用东部、中部煤掺烧西部煤，既可减少运费与脱硫装置，又能满足二氧化硫排放标准。研究表明，东、中部高硫煤（含硫3.1%）中仅掺烧10%的西部低硫煤（含硫0.3%），比单烧高硫煤运行费用低60%。由此可见配煤效益显著。
德国混煤燃烧起始于20世纪60年代初，一些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15%时，除能满足负荷运行外，还能是燃烧效果稳定，灰渣中含碳率降低，出口烟温下降。
日本的煤炭主要依赖进口，为了减少运费，近几年开始扩大利用发热量高的无烟煤等低挥发分煤，因而出现了在锅炉中混烧无烟煤和石油焦的低挥发分燃料的倾向。
供应商信息
上海市燃烧公司
云南工投集团动力配煤股份有限公司
宜昌三洋化工有限公司
北京富邦公司
经典案例
不同煤种的动力配煤技术
摘要：对朔州煤、忻州煤和大同煤分别与太原煤作了配煤试验研究，发现朔州煤及忻州煤与10%～30%的太原煤相配时能降低这2种煤的挥发分，同时还能提高配煤的热值和可磨性，大同煤与10%～30%的太原煤配后既可提高大同煤的灰熔融性温度，又能提高其哈氏可磨性指数。
关键词：动力；配煤；研究
文献标识码：A
文章编号：0253-2336(2000)03-0043-03
动力配煤在国内外已有几十年的应用实践经验，如美国、日本、德国及西欧一些其他工业发达国家的燃煤电厂已普遍采用配煤燃烧，均取得了较好的经济效益，国内一些大中型电厂也多采用配煤燃烧。自1979年初上海市燃料总公司生产动力配煤以来，全国已有20多个城市生产动力配煤，年产配煤近2 000万t，主要供城市的工业锅炉及窑炉使用，都取得了较好的效益，节煤率可达5%以上，同时还大大降低了烟尘的林格曼黑度。为了进一步扩大朔州和忻州等高挥发分煤的用户，这次专对朔州和忻州的气煤以及大同弱粘煤分别配入太原低挥发分的贫瘦煤作了一系列的配煤试验的研究。
1 朔州煤、忻州煤、大同煤和太原煤的基本性质
从表1看出，朔州、忻州、大同和太原三分公司销煤的灰分基本都在25%～27%之间，而大同分公司煤的灰分最低，还不到8%；煤的全水分以大同弱粘煤最高，太原贫瘦煤的全水分最低；挥发分以朔州和忻州煤最高，太原煤的挥发分最低。上述4种煤的硫分都在1%以下，其中又以太原和大同煤的硫分较低，煤的收到基低位发热量以大同煤最高，朔州煤的发热量最低，太原煤的Qnet,ar则相对较高，为23.473MJ/kg。煤的哈氏可磨性指数以太原煤最高，为77，大同煤最低，为55，朔州煤和忻州煤均为60。所以，利用太原煤与上述3种煤相配时，将可提高他们的哈氏可磨性指数。
表1 朔州、忻州、大同和太原分公司销煤的基础煤质分析结果
煤灰熔融性温度除大同煤较低，ST 1 160 ℃外，其余3种煤灰的ST均在1 450 ℃以上，属难熔灰。因而用太原煤配入大同煤后将可提高其煤的灰熔融性温度。煤灰成分除大同煤的灰中Al2O3含量较低，Fe2O3含量较高外，其余3种煤的灰成分均以SiO2和Al2O3为主，其含量分别高至44.78%～52.52%和39.34%～43.75%，CaO等的含量均不超过5%。煤对CO2的反应性以大同煤最好，在1100℃时的CO2分解率为66.4%，太原煤的反应性相对较低，1100℃的CO2分解率仅23.0%，朔州煤和忻州煤的反应性均较好，1100℃时的α值分别高达58.6%和56.1%。
从上述几种煤的基础分析结果可以看出，当利用太原煤分别与朔州煤和忻州煤相配时，不仅可降低这2种煤的挥发分，同时在一定程度上还可以提高它们的发热量和可磨性，而太原煤与大同煤相配时，则可提高后者的煤灰熔融性温度和可磨性。
2 朔州煤与太原煤配煤时各种实用方案的比较
从表2看出，当朔州煤的配比为90%、太原煤的配比为10%时的1号方案，其配煤的收到基低位发热量(Qnet,ar)仅20.629MJ/kg，看来这一配方还不甚理想，而朔州煤占80%的2号方案，不仅其Vdaf能降至35%左右，Qnet,ar也达到20.923MJ/kg，硫分也可降至0.85%，因而该方案是一种比较可行的配煤方案。至于朔州煤的配比占70%的第3方案，其配煤挥发分和发热量更适于电厂和工业锅炉及窑炉的需要。所以第3方案将是一种更为理想的配方，同时上述3种方案还可提高配煤的哈氏可磨性指数。
表2 朔州煤与太原煤相配的几种实用方案比较
3 忻州煤与太原煤配煤时各种实用方案的比较
由表3表明，当4号方案已基本达到了降低其挥发分的目的，即配煤的Vdaf由其单煤的38.23%而降为35.51%，其收到基低位发热量为21.098 MJ/kg，硫分也降低至0.83%，同时还提高了煤的热值，因而该方案是一种较为可行的配煤生产方案。但如太原煤的配比改为20%时的5号方案则其经济效益更好，不仅其配煤的挥发分适宜，且配煤的发热量更高，硫分也降至0.78%。至于6号方案，其配煤的低位发热量更高，且配煤的哈氏可磨性指数还有不同程度的提高。此外，配煤的灰熔融性温度则无论是何种方案都能满足发电煤粉锅炉、工业锅炉和窑炉的需要，这些方案的配煤灰软化温度均在1450 ℃以上，不论在何种炉中燃烧均不会产生结渣现象。
表3 忻州煤与太原煤相配的几种实用方案比较
4 大同煤与太原煤配煤时各种实用方案的比较
由表4表明，当大同煤与太原煤相配时，无论他们的配比如何，配煤低位发热量均在25.308MJ/kg以上，属优质动力配煤，且配煤的灰分也都在14%以下，配煤的硫分均不超过0.66%，只是配煤的挥发分有一定变化，即以大同煤占90%、太原煤占10%的7号方案挥发分相对较高，Vdaf为31.43%，而大同煤占80%、太原煤占20%的8号方案的Vdaf稍有下降，为30.32%，但7号方案的配煤灰软化温度相对最低，ST仅大于1241℃，8号方案的ST则将达1300℃左右，因而，如从提高配煤的灰熔融性温度考虑，则以采用大同煤占80%、太原煤占20%的8号方案较好，至于大同煤占70%、太原煤占30%的9号方案，则其灰熔融性温度更高，ST可达1334℃以上，因而如太原煤的供应量充足，则该方案将是一种经济效益更高的方案。
表4 大同煤与太原煤相配的几种实用方案比较
5 结 论
(1)根据国内外的研究结果和多年的生产实践表明，无论是燃烧煤粉的发电锅炉或是燃烧混煤的工业锅炉和窑炉，使用动力配煤时都能取得良好的社会效益、经济效益和环境效益。从目前国内年动力配煤2 000万t左右的现状看，煤炭企业建立动力配煤生产线仍然将会有广阔的市场和发展前景。
(2)朔州和忻州气煤以及大同的弱粘煤分别与太原的贫瘦煤相配生产动力配煤时都能取得较好的经济效益；太原煤的配比从10%～30%之间均可，随着太原煤配比的不断增高，可不断提高以朔州煤和忻州煤为主的配煤发热量，同时还将提高哈氏可磨性指数；配入10%～30%的太原煤将可不断提高大同煤的灰熔融性温度(ST、HT和FT)及其哈氏可磨性指数(HGI)。
(3)为了尽快建立起配煤生产线，在本试验研究的基础上，可再进一步作配煤的燃烧台架试验及卧式一维炉等半工业性的燃烧试验，为配煤生产时确定各种煤最优的配比提供可靠的技术依据。
参考文献
[1] 侯静，赵益坤．动力配煤的数学模型及优化解[J]．太原理工大学学报，2006，37(4)．
[2] 欧阳永明，匡亚莉，石常省．动力配煤数学模型的研究[J]．江苏煤炭，2004，(I)：56—58．
[3] 涂华，吴宽鸿．关于动力配煤数学模型的讨论[J]．煤质技术．2005。(2)：63—65．
[4] 余星,王学,敏彭.迪关于动力配煤的意义及模型讨论[J].选煤技术,2010(2).