周 斌，艾玉強，費延梅，馮富寧（山東山水水泥集團有限公司，山東 濟南，）

0 引言

隨著水泥回轉(zhuǎn)窯精細化管理的深入，根據(jù)自身燒成系統(tǒng)的狀況對用煤各項指標的要求也越來越嚴格，不管是同行業(yè)企業(yè)之間煤炭指標的對比，還是對不同供應(yīng)商的煤進行評價，都需要進行綜合因素的考慮，以求達到全面性，而綜合評價是指人們根據(jù)不同的評價目的，選擇相應(yīng)的評價形式，通過一定的評價方法，將多個評價因素或指標轉(zhuǎn)化為能反映評價對象總體特征的信息，具有整體性和全面性，目前綜合評價主要采用多指標綜合評價方法，在社會、經(jīng)濟、管理和工程系統(tǒng)等各個領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，為人們正確認識事物（現(xiàn)象）、正確決策提供了科學(xué)手段。利用綜合評價方法建立健全水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量評價體系，有助于加強商品煤全過程質(zhì)量控制，提高水泥廠用煤質(zhì)量，同時對推進煤炭高效清潔利用，改善環(huán)境質(zhì)量起到非常重要的作用。

本文結(jié)合現(xiàn)行國家標準和行業(yè)規(guī)范，確定水泥回轉(zhuǎn)窯用煤綜合評價指標體系和評價指標劃分方案，建立基于灰色關(guān)聯(lián)分析[1]和層次分析法（AHP）[2]的水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量等級評價模型，針對集團內(nèi)6家公司實際進廠煤炭質(zhì)量數(shù)據(jù)，進行綜合評價研究，為回轉(zhuǎn)窯用煤使用價值最大化，合理確定進廠驗收指標提供決策依據(jù)，對同行業(yè)企業(yè)起到一定的指導(dǎo)意義。

1 確定等級劃分方案，建立評價指標體系

1.1 現(xiàn)有水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量分級指標

《商品煤質(zhì)量水泥回轉(zhuǎn)窯用煤》（GB/T 7563—2018）中規(guī)定水泥回轉(zhuǎn)窯用煤按發(fā)熱量和全硫指標進行等級劃分，以“發(fā)熱量等級+全硫等級”的形式表示，其他指標按GB/T 31356規(guī)定執(zhí)行，見表1。

表1 水泥回轉(zhuǎn)窯用煤發(fā)熱量等級、全硫等級與指標要求

現(xiàn)今大多數(shù)水泥企業(yè)用煤的質(zhì)量分析主要包括工業(yè)分析、發(fā)熱量的測定、全硫的測定和煤灰成分的分析，而水泥回轉(zhuǎn)窯熟料的燒成是一個多組分，復(fù)雜的造礦過程，煤既作為燃料，煤中灰分又起到部分原料作用參與物理化學(xué)反應(yīng)，成為熟料的一部分，所以單純的用上述兩個分級指標來評價有一定的局限性。

1.2 結(jié)合動力煤分級標準建立水泥回轉(zhuǎn)窯用煤評價指標體系，確定等級劃分方案

影響煤炭質(zhì)量的指標很多，各種煤質(zhì)指標對動力煤的質(zhì)量評價作用是不一樣的，不同用途的動力煤評價指標選取標準也不同。對水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量指標進行分級，首先要考慮動力煤最基本特征，要符合國家規(guī)定相關(guān)動力設(shè)備的用煤技術(shù)條件。參照動力煤分級標準，其等級評價指標的確定以《煤炭質(zhì)量分級》（GB/T15224—2010）、《商品煤質(zhì)量 水泥回轉(zhuǎn)窯用煤》（GB/T 7563—2018）、《商品煤質(zhì)量評價與控制技術(shù)指南》（GB/T 31356—2014）、《煤的全水分分級》（MT/T 850—2000）等國家及行業(yè)標準為基本框架，結(jié)合公司實際進廠驗收指標，確定了發(fā)熱量（Qnet,ar）、灰分（Ad）、硫分（St,d）、揮發(fā)分（Vdaf）、全水分（Mt）5項評價指標，把水泥回轉(zhuǎn)窯用煤劃分為5個等級，等級劃分及參數(shù)取值見表2，建立了水泥回轉(zhuǎn)窯用煤評價指標體系和等級劃分方案。

表2 水泥回轉(zhuǎn)窯用煤等級劃分與參數(shù)取值

2 評價模型的建立

2.1 評價數(shù)據(jù)

表3 集團6家公司當日進廠原煤加權(quán)質(zhì)量統(tǒng)計

2.2 評價方法

現(xiàn)代綜合評價方法主要有層次分析法（AHP）、模糊綜合評定法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析等，由于灰色關(guān)聯(lián)分析方法計算簡單，評價過程反映信息全面，不僅能夠反映不同級別樣本之間的差別，而且還能反映同一級別的樣本質(zhì)量優(yōu)劣[3]。同時由于回轉(zhuǎn)窯用煤指標對其質(zhì)量的影響是不同的，為了保證評價的準確性，宜采用層次分析法（AHP）確定各指標的權(quán)重。故本文建立基于灰色關(guān)聯(lián)分析+層次分析法的評價體系。

2.2.1灰色關(guān)聯(lián)分析評價原理

灰色關(guān)聯(lián)分析是利用灰色關(guān)聯(lián)度來表征兩個事物的關(guān)聯(lián)程度，其基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷聯(lián)系是否緊密，即曲線越接近相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之也就越小。在水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量評價過程中，以回轉(zhuǎn)窯用煤分級標準中的限值作為比較數(shù)列，以待評價煤樣樣本作為參考數(shù)列，求出多個關(guān)聯(lián)度，最后把關(guān)聯(lián)度最大的樣本級別，作為待評價煤樣本質(zhì)量的所屬等級。

rij=max{rij}，1 j n，稱參考數(shù)列與比較數(shù)列關(guān)聯(lián)度最好。

2.2.2層次分析法確定各指標的權(quán)重

層次分析法又稱AHP構(gòu)權(quán)法，是將復(fù)雜的評價對象排列為一個有序的遞階層次結(jié)構(gòu)的整體，然后在各個評價指標之間進行兩兩比較，構(gòu)造合理且一致的判斷矩陣，計算各個評價指標的相對重要性系數(shù)，即權(quán)重。

表4 判斷矩陣元素aij的標度方法

（1）建立比較判斷矩陣A。根據(jù)表4中標度方法對表3中各煤質(zhì)指標，進行兩兩比較（綜合多位分公司專家的意見），形成了比較判斷矩陣A，見表5。

由于有效站臺中心里程處的基坑位于正在修建的T2航站樓正對面，基坑開挖時斜拱樁基有的已經(jīng)施工完成，有的還未施工，因此有必要研究斜拱不同加載時機對基坑開挖的影響。根據(jù)現(xiàn)場基坑施工的主要工況，取斜拱加載時基坑開挖深度Z分別為0 m(即基坑未開挖)、7 m、11.5 m、16 m和20.2 m，分析斜拱樁基在基坑不同開挖深度加載時對基坑圍護樁的影響。圖11和圖12分別為基坑與斜拱樁基承臺邊緣凈距為5 m時，不同開挖深度Z加載圍護樁樁身最大水平位移分布圖和圍護樁最大水平位變化移曲線圖。

表5 各煤質(zhì)指標的比較判斷矩陣A

（2）求解判斷矩陣。目前求解判斷矩陣有三種近似算法，根法、和法和冪法。本文采用和法求解。

①將A的元素按列作歸一化處理，得矩陣Q，其中:

②將Q元素按行相加，得向量α=（α1,α2,...αn）T,其中:

③檢驗判斷矩陣一致性，求最大特征值:

（3）求得發(fā)熱量、灰分、硫分、揮發(fā)分、全水分權(quán)重依次為：0.389；0.214；0.121；0.199；0.077.

2.3 評價步驟

（1）確定參考數(shù)列和比較數(shù)列。將表3中各公司待評價煤炭參數(shù)指標構(gòu)成數(shù)列作為參考序列，xi(k)，k=1,2,3,4,5表示5個指標，i=1,2,3,4,5,6表示6個公司樣本，則有：

表6 參考數(shù)列

將表2中回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量分級標準中每一級參數(shù)限值構(gòu)成比較數(shù)列xj(k)，由于集團所屬公司在實際進廠驗收時低質(zhì)煤會被拒收，所以可以將回轉(zhuǎn)窯用煤分為四個等級，即j=1，2，3，4，分別表示優(yōu)質(zhì)、較優(yōu)質(zhì)、中等、較低質(zhì)，見表7。

（2）數(shù)列中數(shù)據(jù)初始化。由于水泥回轉(zhuǎn)窯用煤評價的各項指標尚無統(tǒng)一的度量標準，，在評價前先將各指標變量進行初始化，即無量綱化。若原始數(shù)列為數(shù)值越大代表指標越優(yōu)秀的數(shù)列，為了保證初始化后的數(shù)列都是表示數(shù)值越大越優(yōu)秀，利用公式（3）構(gòu)建初始化數(shù)列,其中max(xik)為原始數(shù)列中的最大值。

表7 比較數(shù)列

若原始數(shù)列為數(shù)值越小代表指標越優(yōu)秀的數(shù)列，利用公式（4）構(gòu)建初始化數(shù)列,其中min(xik)為原始數(shù)列中的最小值。

對參考數(shù)列和比較數(shù)列中發(fā)熱量和揮發(fā)分指標采用公式（3）；對于灰分、硫和全水分采用公式（4），則有：

將關(guān)聯(lián)系數(shù)和層次分析法取得的各指標權(quán)重w，代入到公式（2）計算，可得關(guān)聯(lián)度：

由此可知PY1與第一等級的關(guān)聯(lián)度最大，可將PY1劃分為煤炭質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。同理可得其他樣本的關(guān)聯(lián)度如表8。

表8 關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果表

從表8中可以看出PY1，ZB2，YS3，ZC4，YT5屬于優(yōu)質(zhì)等級，CX6屬于較優(yōu)質(zhì)等級，且同為優(yōu)質(zhì)等級的樣本優(yōu)劣程度，由r21＞r11＞r41＞r51＞r31，可得ZB2＞PY1＞ZC4＞YT5＞YS3。

4 結(jié)論

水泥回轉(zhuǎn)窯用煤質(zhì)量指標綜合評價是根據(jù)國家或行業(yè)的有關(guān)標準，結(jié)合動力煤分級標準建立水泥回轉(zhuǎn)窯用煤評價指標體系，確定了等級劃分方案。本文利用層次分析法確定各指標權(quán)重，建立了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的水泥回轉(zhuǎn)窯質(zhì)量指標綜合評價模型。

（1）該質(zhì)量指標綜合評價方法計算簡單，評價過程反映信息全面，不僅能夠反映不同級別樣本之間的差別，而且還能反映同一級別的樣本質(zhì)量優(yōu)劣，可用于不同公司或不同供應(yīng)商之間的煤炭質(zhì)量綜合評價對比，為回轉(zhuǎn)窯用煤使用價值最大化，合理確定進廠驗收指標提供決策依據(jù)。

（2）利用所建立質(zhì)量指標評價模型，對集團下屬6家分公司進廠煤進行等級評價，得出該段時期進廠煤的質(zhì)量優(yōu)劣排序是：ZB2＞PY1＞ZC4＞YT5＞YS3＞CX6。

（3）本文評價模型中水泥回轉(zhuǎn)窯用煤等級劃分方案適用于大部分用煙煤的水泥企業(yè)，如企業(yè)用無煙煤或其它特定煤種，可根據(jù)動力煤分級標準或煤種特性對煤炭等級劃分和參數(shù)取值方案進行調(diào)整，再按照文中評價步驟進行評價即可。

（4）隨著精細化管理的深入，各水泥企業(yè)可根據(jù)自身情況，進一步完善分級評價方案，如可增加煤的哈氏可磨性指數(shù)指標，對于改造粉煤制備系統(tǒng)，計算磨煤機的產(chǎn)率和耗電量等均有指導(dǎo)意義；煤的燃燒性能指標，包括著火溫度、燃燒速率、燃盡時間、可燃性指數(shù)等，以便更好的指導(dǎo)生產(chǎn)用煤。