2. 选煤厂产品与数质量指标基础

编制产品数质量平衡表,第一步不是急着填数字,而是把“有哪些产品、每个产品用什么指标描述、这些指标之间怎样互相牵制”这三件事理清楚。平衡表的本质,是把进入选煤厂的原料煤按某种分配关系拆成若干产品,并让每一路产品的数量与质量同时满足总量守恒和灰分(或其它质量指标)加权守恒。因此,产品分类决定了表格的行,数量指标决定了各行的“量”列,质量指标决定了各行的“质”列,而相互关系则决定了这些列之间必须成立的校验等式。

一、产品分类:按粒度、按密度、按用途三条线索

选煤厂的产品划分通常同时受三条线索影响。第一条是粒度:块煤、末煤、混煤往往分属不同的洗选与筛分环节,块煤可能经过重介浅槽或动筛排矸,末煤进入重介旋流器或浮选,粒度的差异直接决定了它们能否合并成一行统计。第二条是密度(分选密度):精煤、中煤、矸石是重选分选的三个基本产物,浮选则产出浮选精煤与尾煤,密度界限由分选密度和可能偏差决定。第三条是用途与去向:冶炼精煤、动力精煤、洗混煤、煤泥、矸石,其质量要求与计价方式不同,即使粒度相近也常需分列。

在平衡表中,产品行的设置要与实际生产口径一致。例如一座炼焦煤选煤厂常见的行为:精煤(可再分为块精煤、末精煤)、中煤、煤泥、矸石;若设有浮选,则浮选精煤并入精煤、浮选尾煤并入煤泥或单独列出。行分得越细,平衡关系越容易暴露问题,但数据采集工作量也越大,需要按厂内计量与化验的实际能力取舍。

二、数量指标:产量、产率、处理量

产量是某一产品在统计期内的实物量,单位通常为吨(t),有湿基与干基之分,编制平衡表时必须注明基准,否则后续灰分加权会失真。产率是该产品产量占入洗原煤量的百分比,记作 γ,所有产品产率之和应为 100%(考虑计量与化验误差时允许在约定范围内闭合)。处理量则指选煤厂(或某环节)在单位时间内处理的原料煤量,单位 t/h,它反映能力而非分配结果,常用于校核台时能力与负荷,不直接参与产率闭合。

三者关系可写成:产量 = 处理量 × 运行小时数 × 负荷系数;产率 = 该产品产量 ÷ 入洗原煤量 × 100%。实际编制时,入洗原煤量是分母,必须与各产品产量之和同口径、同基准,尤其注意水分折算与计量点位置(皮带秤、地磅、仓存量差)的一致性。

三、质量指标:灰分、水分、硫分、发热量

灰分 Ad 是选煤最核心的质量指标,指煤样灼烧后的残渣占煤样的百分比,分选效果、平衡表闭合几乎都围绕灰分展开。水分 Mt 影响湿基与干基换算,也影响计价与冬季运输,产品水分过高还会造成皮带打滑、仓壁粘煤。硫分 St,d 是炼焦煤与动力煤的关键环保与冶金指标,脱硫效果需在平衡表中体现。发热量 Qnet,ar 是动力煤计价的核心参数,它与灰分、水分呈明显的负相关:灰分升高、水分升高,发热量下降。

这些指标并非孤立。灰分与发热量之间可用经验关系粗略估算(示例性关系,实际应以化验数据回归为准):Qnet,ar ≈ 35.0 − 0.35×Ad − 0.30×Mt(MJ/kg 量级,仅作教学示意)。灰分与硫分则取决于原煤的矿物组成与分选密度,同一分选密度下,精煤灰分降低往往伴随精煤产率下降,这就是“质量—数量”此消彼长的基本矛盾。

产品数质量指标关系与平衡闭合示意 入洗原煤 Q₀(t)、Ad₀、Mt₀ St,d₀、Qnet,ar₀ 分选 / 筛分 / 浮选 按密度、粒度分配 精煤(块/末) γ₁、Ad₁、Mt₁、St₁ 中煤 γ₂、Ad₂、Mt₂、St₂ 煤泥 / 浮选尾煤 γ₃、Ad₃、Mt₃ 矸石 γ₄、Ad₄、Mt₄ 闭合校验 Σγᵢ = 100% Σ(Qᵢ·Adᵢ) = Q₀·Ad₀ Σ(Qᵢ·Mtᵢ) = Q₀·Mt₀ Σ(Qᵢ·Stᵢ) = Q₀·St₀ 误差在约定范围内 数量指标 产量 Qᵢ(t):湿基/干基须注明 产率 γᵢ = Qᵢ / Q₀ × 100% 处理量(t/h):能力指标,不参与闭合 Qᵢ = 处理量 × 运行小时 × 负荷系数 质量指标及其牵制 灰分 Ad↑ → 发热量 Qnet,ar↓ 水分 Mt↑ → 湿基产量虚高、发热量↓ 硫分 St,d:炼焦煤关键约束 精煤灰分↓ 常伴随精煤产率↓

四、指标之间的相互关系:两条守恒与一条权衡

第一条是数量守恒:各产品产量之和等于入洗原煤量(同基准),产率之和为 100%。第二条是质量加权守恒:以产量为权,各产品灰分(或水分、硫分)的加权平均值等于入洗原煤的对应指标。写成式子即 Σ(Qᵢ·Adᵢ) = Q₀·Ad₀,水分、硫分同理。这两条守恒是平衡表能否闭合的判据,也是发现计量或化验错误的抓手——若产率闭合而灰分不闭合,问题多半出在化验代表性或某一路产品的灰分录入;若两者都不闭合,则优先怀疑入洗原煤量与产品量的计量口径不一致。

第三条是质量与数量的权衡。以一座示例炼焦煤选煤厂为例(以下数据为教学假设,非实测):入洗原煤 Q₀ = 1000 t,Ad₀ = 28.0%,Mt₀ = 8.0%。若设定精煤灰分目标 10.5%,按可选性曲线估算精煤产率约 55%,则精煤量 550 t;中煤产率约 20%,灰分 32%;矸石产率约 22%,灰分 68%;煤泥产率约 3%,灰分 22%。校验产率:55+20+22+3 = 100%,闭合。校验灰分加权:0.55×10.5 + 0.20×32 + 0.22×68 + 0.03×22 = 5.775 + 6.4 + 14.96 + 0.66 = 27.795%,与 28.0% 相差 0.205 个百分点,属于示例中可接受的误差范围。若把精煤灰分目标降到 9.5%,产率通常要降到约 50%,此时精煤量减少约 50 t,中煤与矸石相应增加,灰分加权需重新配平——这正是平衡表要反复迭代的原因。

编制时先固定入洗原煤的 Q₀、Ad₀、Mt₀ 作为基准行,再逐行填入产品产率与质量,最后用两条守恒式反算校验。任何一行改动,都要重算加权灰分,不能只改产率不改质量。

五、落到平衡表上的字段约定

把上述概念转成表格字段时,建议至少包含:产品名称、粒度/密度归属、产量(湿基、干基两列)、产率、灰分、水分、硫分、发热量(动力煤产品必填)、数据来源(计量方式与化验编号)。同一产品若跨两个计量点,应注明取数口径。所有质量指标须标明基准(收到基、干燥基、干燥无灰基),灰分常用干燥基 Ad,硫分常用干燥基 St,d,发热量常用收到基 Qnet,ar,混用基准是平衡表最常见的隐性错误。

理解产品分类、数量指标、质量指标及其守恒与权衡关系,后续才能正确设置平衡表的行与列,并在数据不闭合时快速定位是计量问题、化验问题还是分配假设问题。