·1320· 北京科技大学学报 第34卷 于混合煤的煤质指标中存在非线性指标，方程组的 的分析煤样与固体亚硝酸钠均匀混合干燥后装入玻 约束条件由过程而不是由函数表达式描述)，所以 璃试管，将试管插入加热器中，以一定速度加热，引 这个方程组的求解过程较为复杂. 起煤样爆燃.实验制备了原样和氧化样，进行平行 测定，以增加对比性圆 2混煤最佳燃烧效果实验 本研究根据江西省新余钢铁厂实际投入高炉中 本研究在计算法配煤思想的指导下回，提出了 使用的煤粉情况，以四种无烟煤和一种高挥发分印 以与煤的燃烧效果关系密切的着火温度T和高挥 尼烟煤为研究对象，将四种无烟煤与印尼烟煤按不 发分煤配比两个物理量建立的数学模型，以混煤燃 同的比例混合，得到四组24个混煤样品，分别测定 烧特性确定混煤配比的新方法 各组合样品的着火点和挥发分.表1为实验中印尼 2.1混煤配比计算主要思想 烟煤与无烟煤单煤的工业分析和着火点测定数据， 以无烟煤、高挥发分烟煤为对象，取着火温度 其中煤粉的水分、灰分、挥发分和固定碳的质量分数 T、烟煤配比为配煤指标，计算其最佳配煤方案.着 分别用符号Md、Aa、Va和FCa表示. 火温度为非线性指标，首先对着火温度与煤配比的 表1单煤工业分析及若火点 关系曲线进行拟合.由于拟合结果直接影响规划 Table 1 Proximate analysis and ignition temperature of single coal 解，为了保证规划解的合理性，经过多种函数实验， % 取图形最接近的函数使用. 编 煤样 着火点 Aa Var FCd 混合煤具有最低着火温度时高挥发分煤配比通 号 名称 温度/℃ 常为100%，显然无法作为约束条件用于求解.因此 0* 印尼烟煤 24.16 8.74 47.1036.61 303 取着火温度降低幅度减小时的配比为高挥发分烟煤 1 耒阳无烟煤 1.0512.90 5.9681.05 393 配入量上限.根据切线原理，曲线切线与横轴负半 2 永城无烟煤 0.88 9.78 8.95 81.42 384 轴夹角α大小表明了着火温度降低幅度，计算中取 3# 马田墟无烟煤 2.9913.00 6.1779.19 378 α为某一角度，其对应的挥发分含量为配比时的挥 4皖北无烟煤 0.9810.82 9.7879.67 303 发分上限.继续增大高挥发分煤对降低着火温度的 作用不大，却增加了安全隐患，见图1. 3 实验结果与分析 3.1混煤着火点与混煤配比的关系 表2为24组混煤配方的挥发分产率及着火点 测量值.四种无烟煤与印尼烟煤按比例混合，其比 例变化与着火点温度的关系曲线见图2 实验结果表明：印尼烟煤的比例由10%变为 20%时着火点没有太大变化，个别配方甚至出现印 尼烟煤比例提高而着火点不变或升高的现象，如3 印尼煤配比 号、20号混煤分别较2号、19号着火点高，而13号、 图1混煤配比计算模型 14号虽提高挥发分但着火点没有变化.分析原因 Fig.1 Model for calculating the proportion of mixed coal 如下 对拟合出的温度配比关系式求一阶导数并解不 首先，由于煤是非均相的矿物或岩石，其可燃成 等式 分C、H、0、S和N等物质在煤中并不是均匀分布 T'≤-tana, 的，因此加热时，燃点可能不稳定回：其次，天气和 可得出混合煤着火特征温度及其对应的高挥发分煤 湿度等变化影响，该项实验的燃点测定值允许在 配比范围.因此，在实施新煤种配煤时，只需以约束 ±7℃波动，如果测定混煤，则可能在±10℃摆动： 条件方程组结合最佳的燃烧效果便可得到较为准确 再次，单煤测定时印尼烟煤出现过最低着火点 实用的成分比例配方. 290℃，但经多次实验本文取了其出现频率最高的 2.2指标测定 着火点均值303℃，即如果印尼烟煤由于内部矿物 着火点测定根据国家标准GB/T18511一2001 质分布不均或由于环境温度和湿度影响，则可能出 《煤的着火温度测定方法》进行，将粒度小于0.2mm 现以上情况.北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 于混合煤的煤质指标中存在非线性指标，方程组的 约束条件由过程而不是由函数表达式描述［7］，所以 这个方程组的求解过程较为复杂． 2 混煤最佳燃烧效果实验 本研究在计算法配煤思想的指导下［2］，提出了 以与煤的燃烧效果关系密切的着火温度 T 和高挥 发分煤配比两个物理量建立的数学模型，以混煤燃 烧特性确定混煤配比的新方法． 2. 1 混煤配比计算主要思想 以无烟煤、高挥发分烟煤为对象，取着火温度 T、烟煤配比为配煤指标，计算其最佳配煤方案． 着 火温度为非线性指标，首先对着火温度与煤配比的 关系曲线进行拟合． 由于拟合结果直接影响规划 解，为了保证规划解的合理性，经过多种函数实验， 取图形最接近的函数使用． 混合煤具有最低着火温度时高挥发分煤配比通 常为 100% ，显然无法作为约束条件用于求解． 因此 取着火温度降低幅度减小时的配比为高挥发分烟煤 配入量上限． 根据切线原理，曲线切线与横轴负半 轴夹角 α 大小表明了着火温度降低幅度，计算中取 α 为某一角度，其对应的挥发分含量为配比时的挥 发分上限． 继续增大高挥发分煤对降低着火温度的 作用不大，却增加了安全隐患，见图 1． 图 1 混煤配比计算模型 Fig． 1 Model for calculating the proportion of mixed coal 对拟合出的温度配比关系式求一阶导数并解不 等式 T'≤ － tanα， 可得出混合煤着火特征温度及其对应的高挥发分煤 配比范围． 因此，在实施新煤种配煤时，只需以约束 条件方程组结合最佳的燃烧效果便可得到较为准确 实用的成分比例配方． 2. 2 指标测定 着火点测定根据国家标准 GB /T 18511—2001 《煤的着火温度测定方法》进行，将粒度小于 0. 2 mm 的分析煤样与固体亚硝酸钠均匀混合干燥后装入玻 璃试管，将试管插入加热器中，以一定速度加热，引 起煤样爆燃． 实验制备了原样和氧化样，进行平行 测定，以增加对比性［8］． 本研究根据江西省新余钢铁厂实际投入高炉中 使用的煤粉情况，以四种无烟煤和一种高挥发分印 尼烟煤为研究对象，将四种无烟煤与印尼烟煤按不 同的比例混合，得到四组 24 个混煤样品，分别测定 各组合样品的着火点和挥发分． 表 1 为实验中印尼 烟煤与无烟煤单煤的工业分析和着火点测定数据， 其中煤粉的水分、灰分、挥发分和固定碳的质量分数 分别用符号 Mad、Ad、Vdaf和 FCad表示． 表 1 单煤工业分析及着火点 Table 1 Proximate analysis and ignition temperature of single coal % 编 号 煤样 名称 Mad Ad Vdaf FCad 着火点 温度/℃ 0# 印尼烟煤 24. 16 8. 74 47. 10 36. 61 303 1# 耒阳无烟煤 1. 05 12. 90 5. 96 81. 05 393 2# 永城无烟煤 0. 88 9. 78 8. 95 81. 42 384 3# 马田墟无烟煤 2. 99 13. 00 6. 17 79. 19 378 4# 皖北无烟煤 0. 98 10. 82 9. 78 79. 67 303 3 实验结果与分析 3. 1 混煤着火点与混煤配比的关系 表 2 为 24 组混煤配方的挥发分产率及着火点 测量值． 四种无烟煤与印尼烟煤按比例混合，其比 例变化与着火点温度的关系曲线见图 2． 实验结果表明: 印尼烟煤的比例由 10% 变为 20% 时着火点没有太大变化，个别配方甚至出现印 尼烟煤比例提高而着火点不变或升高的现象，如 3 号、20 号混煤分别较 2 号、19 号着火点高，而 13 号、 14 号虽提高挥发分但着火点没有变化． 分析原因 如下． 首先，由于煤是非均相的矿物或岩石，其可燃成 分 C、H、O、S 和 N 等物质在煤中并不是均匀分布 的，因此加热时，燃点可能不稳定［9］; 其次，天气和 湿度等变化影响，该项实验的燃点测定值允许在 !7 ℃波动，如果测定混煤，则可能在!10 ℃ 摆动［8］; 再次，单煤测定时印尼烟煤出现过最低着火点 290 ℃，但经多次实验本文取了其出现频率最高的 着火点均值 303 ℃，即如果印尼烟煤由于内部矿物 质分布不均或由于环境温度和湿度影响，则可能出 现以上情况． ·1320·