煤炭加工利用技术路线的优化

煤炭加工利用技术路线的优化充州南屯煤矿王信刘杰中国矿业大学经贸学院张青煤炭加工利用是提高煤炭质量、发展品种、增加收益的重要途径，是减少煤炭无效运输、提高煤炭资源利用率，减少环境污染的重要措施，是煤炭企业不断增加经济效益、社会效益、环境效益，实现自我发展的良性循环的最优选择。也是煤炭企业长足发展的必然趋势。l问题的提出煤炭加工利用技术路线的优化是指在目前煤炭企业资金短缺的情况下，以合理、有效利用有限资金、最大限度地加工利用煤炭资源为目标，以经济效益、社会效益、环境效益最大为原则，采用技术与经济相结合的方法，在对煤炭加工利用的各种可行的技术方案进行分析比较基础上，选择发展煤炭加工利用技术链的过程。它是煤炭企业开展煤炭加工利用工作首先必须解决的关键问题。煤炭加工利用技术路线优化的实质是，根据技术先进、经济合理的思想对可行的技术方案进行综合排序，并在此基础上作出最优技术链的选择。因此，它需要一种既简单合理，又易于反映系统各因素、各方案、各层次之间关系的方法来处理这一复杂问题，实现技术方案的综合排序。AHP法是解决这类问题的有效方法，该方法将煤炭加工利用所涉及的因素科学地分解为若干层次，结合定量与定性分析，通过因素、方案之间的两两比较，把人们按主观价值判断的问题用数量的形式表达或固定下来，并有效地将技术路线优化问题简化为各技术方案之间相对重要性的权重分配，从而为其最优技术链的选择开辟新路。因此，本文采取AHP法来解决煤炭加工与综合利用技术路线优化问题。2AHP法在煤炭加工利用技术路线优化中的应用2.1建立递阶层次结构利用AHP法，对煤炭加工利用技术路线优化，首先要将这一系统层次化。根据目前煤炭加工利用的实际，我们将其分解成煤炭洗选、筛选、煤系共伴生资源开采三个子系统和洗精煤、煤泥、煤矸石、瓦斯、五土、硫铁矿等亚子系统，以及水煤浆、煤化工、工业型煤等因素。按照这些因素、子系统、亚子系统之间的相互联系、相互影响及其隶属关系，将各因素、亚子系统、按不同层次聚集成一个多层次的煤炭加工利用技术路线优化系统图，如图l。图1提供了技术路线优化的可行技术方案，但要进行这些方案比较和综合排序，必须建立起具体比较和排序的准则和目标。针对目前煤炭企业的实际，我们认为，煤炭加工利用技术路线优化的总目标应是：充分有效地利用有限的资金，最大限度地利用煤炭资源。围绕这一总目标的实现，必须以企业经济效益、社会效益、环境效益最大，以投资回收期尽可能最短为准则。这是因为就目前煤炭企业发展情况看，资金是制约其发展的“瓶颈”，煤炭资源未能得到充分利用是其发展滞缓的深层原因。因而煤炭加工利用技术路线的优化必须以利用有限资金充分利用和加工煤炭资源为目标，才能使煤炭企业摆脱目前的困境，实现其长足、稳定的发展。1煤炭加工利用技术路线优化系统为便于理解，我们将煤炭加工利用技术路线优化的递阶层次结构图分解成以下五个子模型，在对五个子模型作综合排序的基础上，然后选择煤炭加工利用的最优技术路线。其子模型如下：子模型(I)：合理使用有限资金充分开发利用煤矿资源。第一层：目标层：合理使用资金开发加工利用煤矿资源。第二层：准则层：投资回收期短、最大经济效益、最大社会效益、最大环境效益。第三层：决策层：洗选加工(e1)、筛选加工(e2)、共伴生资源开采(e3)。子模型(I):合理使用有限资金进行精煤深加工和煤化工。第一层：目标层：合理使用有限资金进行精煤深加工和煤化工。第二层：准则层：投资回收期最短、最大经济效益、最大社会效益、最大环境效益。第三层：决策层：水煤浆(e1)、煤化工厂(e2)、焦化厂(e3)。子模型(Ⅲ)：合理使用有限资金进行煤泥的加工利用。第一层：目标层：合理使用有限资金加工利用煤泥资源。第二层：准则层：投资回收期最短、最大经济效益、最大社会效益、最大环境效益。第三层：决策层：发电(el)、制合成氨原料气(e2)、工业型煤(e3)、煤泥水与矿井污水一起净化利用(e4)。子模型(Ⅳ)：合理使用有限资金综合利用发热量在4.18MJ/kg以上的煤矸石发电。第一层：目标层：合理使用有限资金利用发热量在4.18MJ/kg以上的煤矸石。第二层：准则层：投资回收期最短、最大经济效益、最大社会效益、最大环境效益。第三层：决策层：发电(e1)、造建材(e2)。子模型(v)：合理使用有限资金综合利用发热量在4.18MJ/kg以下的煤矸石。第一层：目标层：合理使用资金综合利用低热值煤矸石。第二层：准则层：投资回收期最短、最大经济效益、最大社会效益、最大环境效益。第三层：决策层：造建材(e1)、造水泥(e2)、造复合材料(e3)、采空区充填(e4)、修路(e5)、复田(e6)。2.2构造两两方案比较判断矩阵判断矩阵的构造是AHP法的出发点，也是应用AHP法的关键一步，这是因为层次结构的构建，只是界定了系统与子系统、系统与元素，或者说，总目标层、准则层、方案层之间的支配与被支配关系。至于如何在投资回收期最短，经济、社会、环境效益最大的准则下，各可行技术方案的相对重要的量化，各方案之间相对权重的确定，则依赖于判断矩阵的比较“信息”。采用AHP法1～9标度法将人的思维判断予以量化，并采用两两比较方式，得到上述五个层次分析子模型的判断矩阵。2.3层次单排序判断矩阵的构造解决了相对于上一层某一准则而言，两两方案相比的评分数据。本文采用求和法确定本层次中所有方案相对于上一层次某一准则的优劣顺序。该方法分为三个步骤：(1)对判断矩阵A中元素按列归一化；(2)将A中元素按行相加；(3)所有的行和向量规一化得排序权向量W。同时考虑到技术路线优化的复杂性、多变性和人们认识的多样性、局限性，人们对其判断都存在一定的误差，这一误差，直接影响单排序的结果，进而影响依次作出的技术路线优化的可靠性，为了避免和减少这一误差，在技术路线优化过程中，我们采用了一致性检验，其过程是：(1)根据上述判断矩阵权向量求最大特征根：(3)作一致性检验：根据AHP原理，只要C．RO.1，则认为该判断矩阵比较合理，可以接受；否则，拒绝接受。2.4层次总排序为了综合出各技术方案对更上一层次的优劣顺序，在层次单排序的基础上进行丁层次总排序。即求出了方案层相对于总目标的相对权重．并作了整个递阶层次模型的一致性检验，最后得出了技术路线排序的总结果（见表1）。2.5对煤炭加工利用技术路线的优化根据以上层次总排序的结果看：对子模型(I)，合理利用有限资金，充分开发利用煤矿资源三个技术方案的排序结果为：e1e2e3，因此，煤矿企业必须优先发展煤炭洗选加工，其次筛选，再次为共伴生矿物开采。对子模型(I)，在进行精煤深加工和煤化工方面，三个技术方案排序结果为e2e1e3。这说明在目前煤炭企业资金有限的情况下，应优先筹建煤化工，其次水煤浆，第三为焦化厂。抓住有利时机发展资源综合利用1992年10月28—31日，国务院经贸办在山东青岛召开了“部分地区、部门资源综合利用工作座谈会”，参加会议的有中央部委及部分地方经委负责综合利用工作的48个单位，与会代表56名。这次会议总结了近几年我国资源综合利用工作的经验及问题，结合政府职能的转变，研究在新形势下如何推进和深化资源综合利用工作的具体措施。国务院经贸办副主任石万鹏同志作了“抓住有利时机，力争资源综合利用再上一个新台阶”的报告。国务院经贸办资源节约和综合利用司副司长李均升做了大会总结。他指出：(1)要加强对资源综合利用的领导。(2)搞综合利用要与经济效益和环保挂钩。（3）拟与能源部、建设部、财政部、银行、税务局、环保局、建材局等单位制定《进一步推进粉煤灰综合利用政策规定》；拟起草《关于进一步加强资源综合利用工作的通知》，以国务院文件下发；修定117号文，扩大资源综合利用目录。(4)在上海召开粉煤灰综合利用会议。另外，要在1992年年底召开全国资源综合利用经验交流会。(5)培育综合利用市场。(6)成立全国综合利用信息网络。(7)筹集综合利用基金。(8)抓1993年资源综合利用示范项目和软课题项目。(9)推广典型经验。(10)要建成综合利用统计标准体系。(11)与环保结合，协调电厂和地方用灰单位在粉煤灰综合利用工作中出现的问题。(12)综合利用试点地区和部门有山东、上海、河南、辽宁、能源部、化工部、建材局、冶金部、轻工部。(13)这次会议文件将以国务院文件转发全国。（邵毅）对子模型(Ⅲ)，在进行煤泥加工与综合利用方面，其排序结果为ele3e4e2。即在目前煤炭技术经济条件下，煤泥应先用于发电，其次是制工业型煤，第三是煤泥水与矿井污水一起净化利用，最后，用于制合成氨原料气。对子模型(1V)，对煤矸石(Q4.18MJ/kg)的综合利用方面，排序结果是ele2。因此，发热量在4.18MJ/kg以上的煤矸石应优先用于发电，其次造建材。对子模型(V)，在对发热量小于4.18MJ/kg的煤矸石的利用方面，各技术方案的排序结果为e6eje2e5eie3。这说明，在目前煤矿企业资金有限的情况下，这些煤矸石应先用于造建材、复田、造水泥；其次是修路、采空区充填以及造复合材料。综上所述，煤炭企业在有限资金的情况下，为获得最大的经济效益、社会效益、环境效益，煤炭加工与综合利用的最优化技术路线是：煤炭洗选加工：洗精煤一煤化工煤泥一发电发热量在4.18MJ/kg一发电以上的煤矸石发热量在4.18MJ/kg一造建材以下的煤矸石