优化配煤
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245.00
价格（元）
242.00 239.00 236.00 233.00 230.00 400 500 600 700 800 Cmax
适应值比例选择 法最大价格 适应值比例选择 法平均价格 Boltzmann选择 法最大价格 Boltzmann选择 法平均价格
图2-4-1 适应值比例与Boltzmann选择法对比图
1300
1200
1100
1000 0 20 40 60 80 100
混煤中平朔 煤含量 / ％
神华煤与平朔煤混配
混合比对混煤的着火温度影响不大． 混煤着火温度主要取决于易着火的单煤
混煤发热量（较为有争议：线性？非线性？）
28
加权发热量 Qnet,ad (MJ/Kg)
26
24
22
20 20 22 24 26 28
煤分析——常规指标
工业分析：水份（内水、外水）、灰分、挥 发份、固定碳； 发热量； 元素分析：C，H，O，N，S； 煤灰熔点分析：DT，ST，HT，FT； 可磨性HGI
煤分析——非常规指标
燃烧特性参数 结渣特性参数 沾污特性 灰成分 污染物含量参数 磨损特性 岩相参数 等等
着火温度、可燃性指 数、挥发分特性指标 D、煤燃烧特性指数、 煤焦燃尽时间、着火 稳定指数、燃尽指数、 比表面积等等
非线性优化动力配煤数学模型
约束条件： 发热量： QA f d ( Xi , Qi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) QB 挥发分： VA f v ( Xi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) VB 硫 水 灰 分： S A f s ( X i , Si ) SB 分： M A f m( Xi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) MB 分： AA fa ( Xi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) AB
影响因素
逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈 高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的 变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中 所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、 脱甲烷、脱氧和缩聚等。 压力：随着煤化过程中气体的析出和压力的增高， 反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质 物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、 水分和增加密度。
由煤种工业分析数据预测氧元素含量
经验公式模型预测效果
22 18 14 10 6 2 2 6 10 14 Tested Oad (%) 18 22
Predicted Oad (%)
神经网络模型预测效果
22 18 14 10 6 2 2 6 10 14 18 22
Tested Oad (%)
Predicted Oad (%)
1 配煤的意义
截至2000年底，煤炭探明保有储量总量 10077亿t，资源探明率19.9%； 中国现有煤炭经济可开发剩余可采储量为 1145亿吨，约占世界11.6%。 经济可开发剩余可采储量的保证程度为114 年。
煤利用的三个问题
煤炭热能利用率低。电厂的热能利用率仅为 27～30％，工业锅炉仅为55～60％，工业 窑炉仅为20～30％ 。 燃煤设备安全性、可靠性差。由于煤引起的 电站锅炉事故占全部事故的 40％以上。 煤炭是一种很不清洁的燃料 。
杭州配煤场
2.混煤的特性
1. 2.
3.
4.
混煤着火燃烧性能； 混煤燃尽性能； 混煤结渣性能； 混煤污染物排放性能。
煤质变化对运行的影响
出力受限：结渣、磨煤、风机； 煤质趋劣使电厂煤耗和厂用电率上升； 煤质趋劣导致可用率降低：安全方面； 煤质下降增加了检修和改造费用；
混煤的工业分析
优化配煤
主要内容
1.
2.
3. 4.
为什么要配煤； 混煤的特性； 如何配煤； 作业；
煤的形成
由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作 用转变而成的； 泥炭化阶段：植物残骸既分解又化合，最后形成泥 炭或腐泥（含有大量的腐植酸）； 煤化阶段 成岩作用：：在地热和压力的作用下，泥炭层发生 压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐 煤。 变质作用：褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程 碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少
t2 A f st ( X i ，各单煤的灰成分分析) t2 B
灰熔点： 结渣特性： SO 2 排放特性： 目标函数：
P min Ci X i
i 1 n
着火温度： t A ft ( Xi , Qi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) tB
RA f r ( X i ，各单煤的灰成分分析) RB
物质守恒原理； 算术平均方法计算煤质分析数据：
工业分析数据 元素分析数据
e ki ei，其中 ki 1
i 1 i 1
n
n
混煤水分
8 7
加权水分值 Mad (%)
6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8
实测水分值 Mad (%)
混煤灰分
35
加权灰分值 Aad (%)
实测发热量 Qnet,ad (MJ/Kg)
钙基固硫剂种类及温度的影响
固 硫 率 （ ） %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1,000 石灰石 电石渣 白泥 CaO
1,050
1,100
1,150
1,200
1,250
1,300
试验温度（℃）
不同钙基固硫剂筛分粒径 对固硫率的影响
温度：随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就
全球成煤期
1.
2.
3.
古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要 是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。 中生代的株罗纪和白垩纪，成煤植物主要 是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。 新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植 物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有 部分年轻烟煤。
燃烬特性： DA f d ( Xi , Qi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) DB
qA f so ( X i , Si , Qi , 各单煤的灰成分分析)
(i 1,2,3,n)
或其它追求目标
利用非线性原理，建立多元优化洁 净配煤计算机专家系统，使配煤生 产达到先进的在线检测和自动控制 水平。
固 硫 率 （ ）
40 35 30 25 20 15 10 5 0
1200℃ 黄陵煤 Ca/S=2
石灰石 电石渣 白泥
%
<55
固硫剂粒径（m)
55~98
98~180
纳米级CaCO3的固硫效果
60
固 硫 率 （ ）
50 40 30 20 10 0 1,100 1,150 1,200 1,250
1200℃ 黄陵煤 Ca/S=2
30
25
20
15 15 20 25 30 35
实测灰分值Aad (%)
混煤挥发分
30
加权挥发分 Vad (%)
25
20
15 15 20 25 30
实测挥发分 Vad (%)
非线性的混煤特性
灰熔点； 结渣特性； 着火特性； 燃尽特性； 污染排放特性；
灰熔点
1500
1400
灰熔点DT / ℃
谢谢大家！ 预祝大家国庆快乐！
1,400 1,300 1,200 1,100 1,000 1,000
1,100
1,200 1,300 1,400 Actually tested T2 (℃ )
1,500
1,100
1,200 1,300 1,400 Actually tested T2 (℃)
1,500
△:训练样本
●:受验样本
简单遗传算法的改进 （2）引进Boltzmann选择法
杭州煤场规模 吞吐量：300万吨 配煤： 80万吨 添加剂：5万吨
优化配煤专家系统的功能选择
专家系统具有优化配煤、煤场管理、销售管理、 在线检测及自动控制功能
专家系统进行多煤种多指标优 化 配 煤
4. 作业
单煤和混 煤的特性 指标
Βιβλιοθήκη Baidu
灰熔点； 结渣、沾污特性指标； 着火特性指标； 燃尽特性指标； 污染排放特性指标； 等等
在美国，动力用煤大部分为优质煤，配煤目 的主要是控制污染物排放。 日本燃烧界目前正在针对混煤燃烧时出现的 未燃烬损失和污染物增加等问题进行深入的 研究。 荷兰为降低锅炉结渣和腐蚀而燃用混煤； 西班牙为充分利用国内劣质煤资源，也往往 采用混烧的方法。
国内
最早是在1979年初由上海市燃料总公司首先 开发利用的，目的是找到一种使动力用煤质 量达到稳定可靠的方法。 按我国锅炉台数或锅炉容量统计，煤质不符 的约占70%。 到90年代全国已经建成该类生产线200余条， 年配煤量2000～3000万吨。
普通石灰石 40nmCaCO3
%
1,300
1,350
试验温度（ ℃）
两种钙基固硫剂配合固硫
煤 中 硫 析 出 率 （ ） %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
1200℃ 长广煤
原煤，1300℃ 石40+电60 石灰石 电石渣 0 50 100 150 200 250
试样在炉内停留时间(秒)
3. 动力配煤
满足用户对煤质的要求； 遵守经济效益原则； 遵循运距最短原则；
核心：确定动力配煤的优 化配比
1.混煤特性计算 理论和方法 2.配煤生产工艺： 现场煤质分析、 混煤特性反馈等
数学方法
精度 速度
模糊综合评判； 基于煤质分析数据的数学方法； 神经网络； 人工智能； 其他：遗传算法等。
图中● △分别表示训练样本和受验样本；
回归公式和BP神经网络对煤灰熔点预测效果比较 回归公式
Predicted T2 with BP model (℃)
BP神经网络
1,500 1,400 1,300 1,200 1,100 1,000 1,000
1,500
Predicted T2 with formula (℃)
煤
化石燃料：有机物＋无机物; 无烟煤，贫煤，烟煤，褐煤，泥煤等； >125种元素：碳(C) 20%—70%、氢(H)、氧(O)、 氮(N) <2.5% 、硫(S) 0.3%— 5%；硅、铝、铁、 钙、镁、钠、钾、钛；有毒重金属汞 (Hg)、钪(Sc)、 锑(Sb)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、铽(Tb)、钡 (Ba)、铍(Be)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、 银(Ag)；发射性铯(Cs)、锶(Sr)等 密度：纯煤<1300kg/m3;
国内各配煤场规模比较
年配煤量 储煤容 主 要 用 户 (万吨) 量 (万吨) 200 10 株洲热电厂 汕头热电厂 广西电力燃料公司 200 10 巢湖,芜湖,铜陵,马 鞍山等各电厂 60 3 重庆热电厂 市内各工业锅炉及 炉窑,并销往外省 80 20
项 目名 称
株洲洗煤厂
蚌埠配煤厂 重庆梁沱煤场
配煤的意义
解决我国重大的能源利用问题 高效； 清洁； 安全； 燃料供给部门根据用户对煤质的要求，将若干 不同种类、不同性质的煤或添加剂按照一定比 例掺配加工。
国外配煤的情况
自从70年代末期，国内外学者即对动力配煤展开 了广泛深入的研究。 国外电厂早期使用的混煤主要在煤矿、中转单位和 煤处理厂配制。 混煤目的是使煤的发热量、灰分及矿物质含量保持 稳定，以满足不同用户的需要。 从事混煤研究较早的国家有：美国、德国、日本、 英国、西班牙、荷兰和加拿大等国家。
价格（元）
242.00 239.00 236.00 233.00 230.00 400 500 600 700 800 Cmax
适应值比例选择 法最大价格 适应值比例选择 法平均价格 Boltzmann选择 法最大价格 Boltzmann选择 法平均价格
图2-4-1 适应值比例与Boltzmann选择法对比图
1300
1200
1100
1000 0 20 40 60 80 100
混煤中平朔 煤含量 / ％
神华煤与平朔煤混配
混合比对混煤的着火温度影响不大． 混煤着火温度主要取决于易着火的单煤
混煤发热量（较为有争议：线性？非线性？）
28
加权发热量 Qnet,ad (MJ/Kg)
26
24
22
20 20 22 24 26 28
煤分析——常规指标
工业分析：水份（内水、外水）、灰分、挥 发份、固定碳； 发热量； 元素分析：C，H，O，N，S； 煤灰熔点分析：DT，ST，HT，FT； 可磨性HGI
煤分析——非常规指标
燃烧特性参数 结渣特性参数 沾污特性 灰成分 污染物含量参数 磨损特性 岩相参数 等等
着火温度、可燃性指 数、挥发分特性指标 D、煤燃烧特性指数、 煤焦燃尽时间、着火 稳定指数、燃尽指数、 比表面积等等
非线性优化动力配煤数学模型
约束条件： 发热量： QA f d ( Xi , Qi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) QB 挥发分： VA f v ( Xi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) VB 硫 水 灰 分： S A f s ( X i , Si ) SB 分： M A f m( Xi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) MB 分： AA fa ( Xi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) AB
影响因素
逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈 高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的 变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中 所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、 脱甲烷、脱氧和缩聚等。 压力：随着煤化过程中气体的析出和压力的增高， 反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质 物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、 水分和增加密度。
由煤种工业分析数据预测氧元素含量
经验公式模型预测效果
22 18 14 10 6 2 2 6 10 14 Tested Oad (%) 18 22
Predicted Oad (%)
神经网络模型预测效果
22 18 14 10 6 2 2 6 10 14 18 22
Tested Oad (%)
Predicted Oad (%)
1 配煤的意义
截至2000年底，煤炭探明保有储量总量 10077亿t，资源探明率19.9%； 中国现有煤炭经济可开发剩余可采储量为 1145亿吨，约占世界11.6%。 经济可开发剩余可采储量的保证程度为114 年。
煤利用的三个问题
煤炭热能利用率低。电厂的热能利用率仅为 27～30％，工业锅炉仅为55～60％，工业 窑炉仅为20～30％ 。 燃煤设备安全性、可靠性差。由于煤引起的 电站锅炉事故占全部事故的 40％以上。 煤炭是一种很不清洁的燃料 。
杭州配煤场
2.混煤的特性
1. 2.
3.
4.
混煤着火燃烧性能； 混煤燃尽性能； 混煤结渣性能； 混煤污染物排放性能。
煤质变化对运行的影响
出力受限：结渣、磨煤、风机； 煤质趋劣使电厂煤耗和厂用电率上升； 煤质趋劣导致可用率降低：安全方面； 煤质下降增加了检修和改造费用；
混煤的工业分析
优化配煤
主要内容
1.
2.
3. 4.
为什么要配煤； 混煤的特性； 如何配煤； 作业；
煤的形成
由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作 用转变而成的； 泥炭化阶段：植物残骸既分解又化合，最后形成泥 炭或腐泥（含有大量的腐植酸）； 煤化阶段 成岩作用：：在地热和压力的作用下，泥炭层发生 压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐 煤。 变质作用：褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程 碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少
t2 A f st ( X i ，各单煤的灰成分分析) t2 B
灰熔点： 结渣特性： SO 2 排放特性： 目标函数：
P min Ci X i
i 1 n
着火温度： t A ft ( Xi , Qi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) tB
RA f r ( X i ，各单煤的灰成分分析) RB
物质守恒原理； 算术平均方法计算煤质分析数据：
工业分析数据 元素分析数据
e ki ei，其中 ki 1
i 1 i 1
n
n
混煤水分
8 7
加权水分值 Mad (%)
6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8
实测水分值 Mad (%)
混煤灰分
35
加权灰分值 Aad (%)
实测发热量 Qnet,ad (MJ/Kg)
钙基固硫剂种类及温度的影响
固 硫 率 （ ） %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1,000 石灰石 电石渣 白泥 CaO
1,050
1,100
1,150
1,200
1,250
1,300
试验温度（℃）
不同钙基固硫剂筛分粒径 对固硫率的影响
温度：随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就
全球成煤期
1.
2.
3.
古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要 是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。 中生代的株罗纪和白垩纪，成煤植物主要 是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。 新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植 物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有 部分年轻烟煤。
燃烬特性： DA f d ( Xi , Qi , Mi , Ai ,Vi , Fi ) DB
qA f so ( X i , Si , Qi , 各单煤的灰成分分析)
(i 1,2,3,n)
或其它追求目标
利用非线性原理，建立多元优化洁 净配煤计算机专家系统，使配煤生 产达到先进的在线检测和自动控制 水平。
固 硫 率 （ ）
40 35 30 25 20 15 10 5 0
1200℃ 黄陵煤 Ca/S=2
石灰石 电石渣 白泥
%
<55
固硫剂粒径（m)
55~98
98~180
纳米级CaCO3的固硫效果
60
固 硫 率 （ ）
50 40 30 20 10 0 1,100 1,150 1,200 1,250
1200℃ 黄陵煤 Ca/S=2
30
25
20
15 15 20 25 30 35
实测灰分值Aad (%)
混煤挥发分
30
加权挥发分 Vad (%)
25
20
15 15 20 25 30
实测挥发分 Vad (%)
非线性的混煤特性
灰熔点； 结渣特性； 着火特性； 燃尽特性； 污染排放特性；
灰熔点
1500
1400
灰熔点DT / ℃
谢谢大家！ 预祝大家国庆快乐！
1,400 1,300 1,200 1,100 1,000 1,000
1,100
1,200 1,300 1,400 Actually tested T2 (℃ )
1,500
1,100
1,200 1,300 1,400 Actually tested T2 (℃)
1,500
△:训练样本
●:受验样本
简单遗传算法的改进 （2）引进Boltzmann选择法
杭州煤场规模 吞吐量：300万吨 配煤： 80万吨 添加剂：5万吨
优化配煤专家系统的功能选择
专家系统具有优化配煤、煤场管理、销售管理、 在线检测及自动控制功能
专家系统进行多煤种多指标优 化 配 煤
4. 作业
单煤和混 煤的特性 指标
Βιβλιοθήκη Baidu
灰熔点； 结渣、沾污特性指标； 着火特性指标； 燃尽特性指标； 污染排放特性指标； 等等
在美国，动力用煤大部分为优质煤，配煤目 的主要是控制污染物排放。 日本燃烧界目前正在针对混煤燃烧时出现的 未燃烬损失和污染物增加等问题进行深入的 研究。 荷兰为降低锅炉结渣和腐蚀而燃用混煤； 西班牙为充分利用国内劣质煤资源，也往往 采用混烧的方法。
国内
最早是在1979年初由上海市燃料总公司首先 开发利用的，目的是找到一种使动力用煤质 量达到稳定可靠的方法。 按我国锅炉台数或锅炉容量统计，煤质不符 的约占70%。 到90年代全国已经建成该类生产线200余条， 年配煤量2000～3000万吨。
普通石灰石 40nmCaCO3
%
1,300
1,350
试验温度（ ℃）
两种钙基固硫剂配合固硫
煤 中 硫 析 出 率 （ ） %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
1200℃ 长广煤
原煤，1300℃ 石40+电60 石灰石 电石渣 0 50 100 150 200 250
试样在炉内停留时间(秒)
3. 动力配煤
满足用户对煤质的要求； 遵守经济效益原则； 遵循运距最短原则；
核心：确定动力配煤的优 化配比
1.混煤特性计算 理论和方法 2.配煤生产工艺： 现场煤质分析、 混煤特性反馈等
数学方法
精度 速度
模糊综合评判； 基于煤质分析数据的数学方法； 神经网络； 人工智能； 其他：遗传算法等。
图中● △分别表示训练样本和受验样本；
回归公式和BP神经网络对煤灰熔点预测效果比较 回归公式
Predicted T2 with BP model (℃)
BP神经网络
1,500 1,400 1,300 1,200 1,100 1,000 1,000
1,500
Predicted T2 with formula (℃)
煤
化石燃料：有机物＋无机物; 无烟煤，贫煤，烟煤，褐煤，泥煤等； >125种元素：碳(C) 20%—70%、氢(H)、氧(O)、 氮(N) <2.5% 、硫(S) 0.3%— 5%；硅、铝、铁、 钙、镁、钠、钾、钛；有毒重金属汞 (Hg)、钪(Sc)、 锑(Sb)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、铽(Tb)、钡 (Ba)、铍(Be)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、 银(Ag)；发射性铯(Cs)、锶(Sr)等 密度：纯煤<1300kg/m3;
国内各配煤场规模比较
年配煤量 储煤容 主 要 用 户 (万吨) 量 (万吨) 200 10 株洲热电厂 汕头热电厂 广西电力燃料公司 200 10 巢湖,芜湖,铜陵,马 鞍山等各电厂 60 3 重庆热电厂 市内各工业锅炉及 炉窑,并销往外省 80 20
项 目名 称
株洲洗煤厂
蚌埠配煤厂 重庆梁沱煤场
配煤的意义
解决我国重大的能源利用问题 高效； 清洁； 安全； 燃料供给部门根据用户对煤质的要求，将若干 不同种类、不同性质的煤或添加剂按照一定比 例掺配加工。
国外配煤的情况
自从70年代末期，国内外学者即对动力配煤展开 了广泛深入的研究。 国外电厂早期使用的混煤主要在煤矿、中转单位和 煤处理厂配制。 混煤目的是使煤的发热量、灰分及矿物质含量保持 稳定，以满足不同用户的需要。 从事混煤研究较早的国家有：美国、德国、日本、 英国、西班牙、荷兰和加拿大等国家。