邵雅靜

（神華銷售集團(tuán)有限公司天津分公司，天津 300457）

0 引言

從整批煤炭中抽取一部分煤樣進(jìn)行結(jié)合了物理、化學(xué)性質(zhì)的檢驗(yàn)分析，這就是煤炭制樣過程。目前有專門的煤炭制樣機(jī)可應(yīng)用于該技術(shù)環(huán)節(jié)中。煤炭制樣機(jī)可減少傳統(tǒng)煤炭制樣過程中產(chǎn)生的誤差，同時(shí)降低生產(chǎn)勞動強(qiáng)度，體現(xiàn)出較高的煤炭制樣精度。目前，專業(yè)領(lǐng)域更加關(guān)注煤炭制樣機(jī)的生產(chǎn)應(yīng)用相關(guān)問題。

1 我國煤炭制樣技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

我國煤炭機(jī)械化采制過程中對各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，例如，大型煤礦企業(yè)、港口、火電廠等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都會應(yīng)用到煤炭制樣機(jī)。在應(yīng)用過程中，考慮到煤炭制樣機(jī)本身體型偏大且操作復(fù)雜，不具備實(shí)現(xiàn)全面自動化的生產(chǎn)過程，難以滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。更為關(guān)鍵的是，煤炭制樣機(jī)在制樣過程中容易出現(xiàn)各種偏差，偏差率最高可達(dá)到80%以上。這主要是因?yàn)槊禾勘旧沓煞謽?gòu)成相對復(fù)雜，且顆粒形成條件、密度、大小等均有所不同，導(dǎo)致煤炭的物理化學(xué)特征難以捉摸，由此所實(shí)施的煤炭制樣過程容易出現(xiàn)偏差。當(dāng)前國內(nèi)許多煤炭生產(chǎn)工業(yè)企業(yè)也會嚴(yán)格遵守國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與商品煤采樣方法，確保制樣煤炭在數(shù)量與質(zhì)量上都能實(shí)現(xiàn)有效調(diào)整優(yōu)化。

對于煤炭質(zhì)量分析而言，采樣與制樣是最主要過程，特別是制樣中要生產(chǎn)制造最具有代表性的檢驗(yàn)樣品，如此方可保證最終的檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確到位。相比于傳統(tǒng)手工制樣，目前大型煤炭制樣機(jī)在制樣方面更為精確到位，其所制作的樣品代表性更強(qiáng)。具體來講，目前我國的機(jī)械化煤炭采樣存在3 個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分別為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 標(biāo)準(zhǔn)、我國《煤炭機(jī)械化采樣》GB 標(biāo)準(zhǔn)，以及美國試驗(yàn)與材料協(xié)會《煤的總樣標(biāo)準(zhǔn)采集方法》標(biāo)準(zhǔn)。

2 我國煤炭機(jī)械化制樣機(jī)的工作原理與設(shè)備參數(shù)分析

2.1 基本工作原理

我國煤炭機(jī)械化制樣機(jī)系統(tǒng)擁有相對復(fù)雜的設(shè)計(jì)原理，包括了一級采樣、二級縮分、一級破碎、樣品收集以及制樣功能。制樣機(jī)配合輔助設(shè)備可組建形成一個(gè)完整的制樣系統(tǒng)，在一定時(shí)間內(nèi)可完成針對一個(gè)子樣的完整煤樣制備過程。

2.2 設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)

在煤炭制樣機(jī)中擁有縮分機(jī)子設(shè)備，但是它的縮分能力相對偏低，一臺縮分機(jī)一次只能完成一次縮分。因此需要在制樣機(jī)中采用2 臺甚至多臺縮分機(jī)進(jìn)行縮分處理，最終明確樣品縮分重量。不過，煤炭制樣機(jī)本身體積就偏大，加之大量縮分機(jī)應(yīng)用可能會形成輔助設(shè)備數(shù)量過多的局面，占用較大空間且工藝流程變長，不利于精簡化生產(chǎn)過程。另外，大量使用縮分機(jī)帶來的另一不利后果就是煤炭制樣過程中煤炭的水分散失量變大，嚴(yán)重影響煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)準(zhǔn)確性。另外，設(shè)備成本過高也會導(dǎo)致安裝維修量增大[1]。

2.3 設(shè)備運(yùn)行參數(shù)分析

目前比較流行的大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)可將制樣機(jī)組中的全部生產(chǎn)過程壓縮到一臺組合設(shè)備上，以便于維修管理。它所采用的機(jī)組類型被稱之為“積木式機(jī)組”，因?yàn)闄C(jī)組本身非常容易拆分分解。以下具體介紹它的生產(chǎn)工藝流程。

2.3.1 大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)的基本概況

大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在設(shè)備系統(tǒng)整體看來省略了多個(gè)技術(shù)系統(tǒng)環(huán)節(jié)，它的機(jī)組分布由一臺制樣機(jī)完成，輔助設(shè)備也相應(yīng)減少，占用空間和占地面積整體看來更小，大幅減少了機(jī)房制作與不銹鋼溜槽制作過程，非常有利于煤炭制樣生產(chǎn)，其資金成本投入與維修保養(yǎng)投入都大幅減少。

在機(jī)組整體制造方面，主要采用單輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)，它可實(shí)現(xiàn)常規(guī)破碎與含料破碎兩種形式。在采集初級樣品過程中可做到不計(jì)量給料，皮帶機(jī)能夠?yàn)槠涮峁┚鶆蛩土蠙C(jī)制，且送料破碎速度較快（可在10 s 內(nèi)完成煤炭樣品破碎）。在給料皮帶機(jī)上，煤樣會被整形拉長，然后進(jìn)入制樣機(jī)組。整個(gè)機(jī)組采用圓盤、刮板式縮分模式，主要根據(jù)制樣量與精度要求劃分縮分等級，分別包括一級破碎與一級縮分機(jī)組[2]。

2.3.2 一級破碎與一級縮分機(jī)組的運(yùn)行機(jī)制與相關(guān)參數(shù)

大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)中包含一級破碎與一級縮分兩大機(jī)組，機(jī)組要求采樣樣品單體重量為52 kg，機(jī)組專門設(shè)計(jì)了2 m帶寬寬度和5.8 m/s 帶速，同時(shí)擁有6000 t/h 的煤樣縮分流通率，以保證皮帶機(jī)順利快速送料。它的基本工作流程：首先將采集到的52 kg 煤炭樣品直接送到給料溜槽中再轉(zhuǎn)入破碎機(jī)，經(jīng)過4 s 混養(yǎng)破碎后再排入縮分機(jī)，縮分后的煤樣中有大部分會經(jīng)過棄料溜槽被排入煤樣收集器。在該過程中，縮分機(jī)的縮分比完全可調(diào)，主要是根據(jù)煤炭的制樣量要求對皮帶送料口大小進(jìn)行調(diào)整，如此即可獲得不同的煤炭制樣縮分比[3]。

2.3.3 一級破碎與二級縮分機(jī)組的運(yùn)行機(jī)制與相關(guān)參數(shù)

大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)也可對制樣精度要求較高的煤炭進(jìn)行處理，因?yàn)閭鹘y(tǒng)制樣設(shè)備中所制備煤樣量較大，且煤質(zhì)均勻性表現(xiàn)較差，若采用一級縮分方法可能無法達(dá)到制樣精密度高要求。為提高煤炭制樣精度，必須減少煤炭的每一級縮分比，采用到一級破碎與二級縮分機(jī)組。

一級破碎與二級縮分機(jī)組擁有一級破碎、一級縮分機(jī)組相同的工作原理與工作結(jié)構(gòu)框架。不同點(diǎn)在于這一套機(jī)組特別將2 個(gè)圓盤刮板式縮分機(jī)串聯(lián)到一起，且上下2 臺縮分機(jī)的刮板轉(zhuǎn)向完全相反。一般來說，二級縮分會將每一級縮分比減少至少1/2，可有效實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的煤炭制樣縮分比要求，以此獲得精度更高的最終煤炭制樣品。

在制樣過程中，制樣系統(tǒng)會保證做到樣品質(zhì)量與整個(gè)子樣的平均質(zhì)量完全相等，然后對煤樣進(jìn)行充分破碎、混合，確保樣品質(zhì)地均勻，再從中取出一部分相近樣品進(jìn)行分析。大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在破碎與縮分過程中具備混樣功能，它能夠提高最終制煤樣品的代表性[4]。

需要注意一點(diǎn)，水分也是煤炭制樣樣品中的一大重要指標(biāo)。由于煤炭制樣本身工作流程較長，在制樣過程中必然存在大量的水分損失情況。大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在制樣過程中能夠有效控制水分流失，保證制煤樣品代表性，因?yàn)樗鼡碛幸粋€(gè)水分損失控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)相對簡單，投資較少，煤炭制樣效果良好，可構(gòu)建新型煤炭制樣機(jī)組，解決上述水分及其他相關(guān)技術(shù)問題。就目前大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐效果來看，它相比于傳統(tǒng)煤炭制樣機(jī)組可節(jié)省生產(chǎn)成本超過50%，在生產(chǎn)方面，占地面積與空間都大幅減少，安裝簡單、維護(hù)更為方便，是目前煤炭生產(chǎn)中煤炭制樣技術(shù)過程的最理想選擇[5]。

3 煤炭機(jī)械化制樣機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐

大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在采樣、制樣過程中，首先要明確初級采樣特定采樣頻率，它涉及到采樣過程中的輸送物料粒度（≤80 mm 為最佳），以及采樣流量（≤2100 t/h）。當(dāng)樣品通過初級膠帶給料機(jī)被運(yùn)送到破碎機(jī)后，可通過二級采樣獲得最終樣品，為煤炭制樣過程做好準(zhǔn)備。另外，通過將收集樣品破碎到25 mm 左右后，用一級、二級縮分機(jī)組進(jìn)行煤炭制樣，將52 kg煤炭樣品制樣形成25 kg，形成最終樣品，最后將最終煤炭制樣樣品放入密封樣品收集器，保存?zhèn)溆谩?/p>

在煤炭制樣過程中，需要利用到煤炭質(zhì)量分析設(shè)備，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對煤炭煤質(zhì)的在線分析，準(zhǔn)確獲取煤炭的含灰量、含水量。確保對煤炭內(nèi)部成分的有效平衡約束，提高煤炭采集工作效率與制樣效率。舉例來說，對采集的10 份煤炭樣品進(jìn)行制樣試驗(yàn)分析，10 份煤炭樣品中的灰分率均為30%，精密度約為3%。根據(jù)《煤炭機(jī)械化采樣》試驗(yàn)方法檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其煤炭制樣試驗(yàn)結(jié)果估算值達(dá)到0.64，符合相關(guān)規(guī)定中的制樣方差要求。此時(shí)可提前準(zhǔn)備兩份煤炭樣品，在測試過程中加入一定量水分，保證2 份樣品的全水分為13%和15%，經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果會發(fā)現(xiàn)，煤炭制樣最終樣品中，其全水分如果在13%以下時(shí)不會發(fā)生煤炭顆粒堵塞現(xiàn)象。另外根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果表明，如果可配合系統(tǒng)電控系統(tǒng)中的定位功能，就能實(shí)現(xiàn)對煤炭采樣數(shù)據(jù)參數(shù)的合理化顯示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤炭制樣樣品中的數(shù)據(jù)偏差問題。例如，將煤炭制樣樣品放入二級系統(tǒng)中自動破碎，然后再進(jìn)行試驗(yàn)分析，其試驗(yàn)結(jié)果存在煤樣粒度＞6 mm 的煤炭制樣樣品低于6%，表明樣品試驗(yàn)合格[6]。

4 大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)的煤炭制樣案例分析

4.1 案例項(xiàng)目概述

某電廠為保證船舶化驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，需要利用到大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)與普通錘式破碎機(jī)，制定一套“制樣對比方案”，目的是為找到在不同制樣方式背景下煤樣中全水分與熱值的變化規(guī)律，為指導(dǎo)后期化驗(yàn)工作提供有力數(shù)據(jù)支持。該案例項(xiàng)目的試驗(yàn)概況：對比數(shù)量為20 列車，平均溫度設(shè)定22.4 ℃，平均濕度設(shè)定為58.4%[7]。

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

此次試驗(yàn)主要?jiǎng)澐譃? 個(gè)階段，第一階段抽檢10 組煤樣，第二階段抽檢10 組煤樣，煤中分別為混1、混3、混4 以及神混5000。主要采取聯(lián)合制樣機(jī)分別對大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)、普通錘式破碎機(jī)進(jìn)行對比分析，在對比試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。通過數(shù)據(jù)對比分析可以看出，工分、全硫、氫值的各項(xiàng)目干基差值存在高低浮動，浮動范圍相對偏小且結(jié)果存在無一致性指向，屬于正常試驗(yàn)結(jié)果范圍內(nèi)。其中全水分值與基低位發(fā)熱量差值相對偏大，具體分析結(jié)果如下。

表1 中有全水分Mt，它的全水分差值最大為0.9，最小為0，全水平均差值為0.5。它表示通過大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)制備的樣品全水分值高于普通錘式破碎機(jī)制備的樣品全水分值，且二者呈現(xiàn)出一致性表現(xiàn)。

表1 中存在基低位發(fā)熱量Qnet.ar，其熱值差值最大為-418.68 kJ（-100 大卡），最小為+12.56 kJ（+3 大卡），平均差值-171.66 kJ（-41 大卡）。即通過大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)制備的樣品發(fā)熱量，其熱值均低于普通錘式破碎機(jī)，且呈現(xiàn)出一致性表現(xiàn)。表1 中第5 組樣品全水分無差異，因此其熱值相差+3 屬于正常浮動范圍。

4.3 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)上述試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)對比分析可以了解到，大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)與普通錘式破碎機(jī)的全水分平均差值為0.5，熱差值為-171.66 kJ（-41 大卡）。大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在全水值方面明顯高于普通錘式破碎機(jī)全水值，且呈現(xiàn)一致性表現(xiàn)，這也是造成熱值偏差的最主要原因。

表1 聯(lián)合制樣機(jī)與普通錘式破碎機(jī)對比結(jié)果 kJ

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析可以了解到，大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在全水樣制備時(shí)間與制備效率等方面要明顯優(yōu)于普通錘式破碎機(jī)。它主要體現(xiàn)在對定比縮分樣量的減少上，由于縮分次數(shù)偏少且無過篩、無對輥破碎，因此這也在最大程度上減少了煤樣在空氣中的暴露時(shí)間，最大限度保持了煤樣樣品的真實(shí)水分含量。

如果是冬季空氣濕度最低值在10%狀態(tài)下，夏季雨季空氣最高值在70%以上時(shí)，其對全水分煤樣的影響更加直接。不過綜合來看，本次對比試驗(yàn)結(jié)果只代表一段時(shí)期的結(jié)果變化，并不能代表全年結(jié)果變化。季節(jié)、環(huán)境、氣溫，以及空氣濕度變化都會影響全水分的偏差。

5 總結(jié)

整體看來，大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)在煤炭采樣、制樣等方面的表現(xiàn)效果相對良好，它可有效提高煤炭采樣與制樣的代表性，有效降低采樣過程中存在的人工消耗情況，同時(shí)也能減少人為原因?qū)е碌淖罱K制樣樣品準(zhǔn)確性問題，因此傳統(tǒng)煤炭制樣系統(tǒng)設(shè)備值得改造優(yōu)化?？紤]到煤炭產(chǎn)品本身黏性較大，濕度較高，特別容易出現(xiàn)顆粒堵料問題，因此在大型聯(lián)合煤炭制樣機(jī)應(yīng)用過程中需要合理優(yōu)化其制樣生產(chǎn)過程，做好對比試驗(yàn)，保證煤炭最終制樣樣品質(zhì)量到位。