袁翠翠，杜政燁，茌 方，劉翠茹

(國能南京煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗有限公司，江蘇 南京 210031)

0 引 言

燃煤成本是火電企業(yè)發(fā)電成本的重要組成部分。煤質(zhì)檢測結(jié)果作為煤炭結(jié)算的依據(jù)，可直接關(guān)系到企業(yè)利益，同時也可用于指導(dǎo)鍋爐安全生產(chǎn)、配煤摻燒、經(jīng)濟(jì)環(huán)保運行等方面，因此保證煤質(zhì)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。存查煤樣用于對原化驗結(jié)果有疑問時再檢測或產(chǎn)生質(zhì)量糾紛時的仲裁檢驗依據(jù)，其最重要、最常規(guī)的作用是作為實驗室質(zhì)量控制的手段之一，用于保障煤質(zhì)檢測水平的提高[1-2]。根據(jù)存查煤樣的抽查結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)制樣和化驗環(huán)節(jié)中存在的問題并進(jìn)行針對性解決，從而不斷提高實驗室檢測水平以形成良性循環(huán)。

茌方等[3]對火電企業(yè)存查煤樣灰分超差的主要原因進(jìn)行探究，提出重點關(guān)注檢測設(shè)備和全自動制樣機(jī)的工作性能，必要時進(jìn)行相應(yīng)的試驗設(shè)計驗證。王林立等[4]研究影響燃煤電廠存查煤樣抽查超差的原因，重點分析誤差和樣品方面的問題并從質(zhì)量管理方面提出建議。胡文星[5]探究存查煤樣指標(biāo)超差的原因，提出其主要原因包括煤樣不均勻、煤樣在儲存過程中發(fā)生變化、空氣干燥狀態(tài)等。針對全自動制樣機(jī)在使用過程中存在的問題，許斐等[6]提出通過加強設(shè)備性能檢測、提高檢修能力和健全設(shè)備管理體系以有效促進(jìn)其穩(wěn)定高效運行。通常存查煤樣超差一般不由某個單一因素導(dǎo)致，大多數(shù)由制樣、化驗等綜合因素所造成，任何超差原因均需結(jié)合人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等影響因素并從制樣和化驗環(huán)節(jié)分析。

全面分析可能導(dǎo)致存查煤樣指標(biāo)超差的原因并采取應(yīng)對措施，針對不同情況合理制定技術(shù)路線，及時幫助實驗室發(fā)現(xiàn)與解決問題。國家能源集團(tuán)將存查煤樣監(jiān)督抽查工作作為燃料監(jiān)督的重要組成部分，不斷加強企業(yè)內(nèi)各電廠質(zhì)量控制從而提高煤質(zhì)檢測水平。以下介紹存查煤樣監(jiān)督抽查的實施情況，從制樣、化驗等環(huán)節(jié)全面介紹可能造成存查煤樣指標(biāo)超差的原因并分別提出應(yīng)對措施。以下結(jié)合案例分析某火電企業(yè)超差原因并提出整改建議，為火電企業(yè)超差原因分析提供技術(shù)思路。

1 存查煤樣監(jiān)督抽查工作實施情況

按照GB/T 474—2008要求，一般分取標(biāo)稱最大粒度為3 mm的煤樣700 g作為存查煤樣[7]。國家能源集團(tuán)要求按此國標(biāo)分取存查煤樣，即留存標(biāo)稱最大粒度為3 mm的煤樣不少于700 g，對于使用全自動制樣機(jī)制樣的電廠要求3 mm粒度的煤樣100%過3 mm圓孔篩。火電企業(yè)將存查煤樣用二分器人工縮分至不少于100 g，統(tǒng)一郵寄至煤檢公司制樣、化驗。煤檢公司對樣品全硫、發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)分的檢測分別采用庫侖滴定法[8]、自動氧彈熱量計法[9]、馬弗爐緩慢灰化法和馬弗爐法[10]，空氣干燥基水分的檢測嚴(yán)格根據(jù)煤種不同按國標(biāo)要求測定。檢測過程中嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量控制要求，每個檢測項目均使用涵蓋樣品指標(biāo)范圍的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 根據(jù)抽查結(jié)果開展質(zhì)量控制

以煤檢公司的檢測結(jié)果作為檢測值，電廠化驗結(jié)果作為報告值，全硫、發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)分的差值在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的再現(xiàn)性臨界差的1.2倍之內(nèi)則說明結(jié)果合格，否則為超差。

存查煤樣的檢測結(jié)果在很大程度上反映電廠3 mm制樣環(huán)節(jié)及之后的質(zhì)量控制情況，制樣和化驗的任何一個環(huán)節(jié)都可能造成超差現(xiàn)象。若出現(xiàn)指標(biāo)超差的情況則首先要分析判斷可能造成超差的原因，然后逐項排查直到發(fā)現(xiàn)問題并及時解決。若單一指標(biāo)超差而其他指標(biāo)均不超差，則在化驗方面可能存在問題;若灰分和熱值出現(xiàn)超差且偏差呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，則樣品代表性可能存在問題;若多項指標(biāo)超差則樣品代表性和化驗環(huán)節(jié)都可能存在問題或存在報送數(shù)據(jù)錯誤、寄送樣品錯誤等情況，出現(xiàn)任何指標(biāo)超差的情況都要從制樣和化驗2個環(huán)節(jié)分析、逐項發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

2.1 制樣環(huán)節(jié)分析

煤樣制備環(huán)節(jié)是產(chǎn)生誤差的主要來源[11]。對于全自動制樣機(jī)制樣，破碎機(jī)粒度不合格是樣品代表性出現(xiàn)問題的主要原因。例如3 mm樣品若未全部通過3 mm圓孔篩，則說明從存查煤樣人工縮分送檢的煤樣與全自動制樣機(jī)制備的0.2 mm分析樣之間存在樣品代表性的差異，煤樣未過篩率越大則樣品差異性越大。

全自動制樣機(jī)縮分器縮分不均勻也會導(dǎo)致煤樣代表性出現(xiàn)問題，表現(xiàn)為由縮分器縮分而出的煤樣質(zhì)量偏差較大。對全自動制樣機(jī)的運維不到位，如未及時更換清掃刷等易耗件、未及時處理堵煤與積煤問題等均易造成煤樣損失、煤樣交叉污染的情況。對于人工制樣的情況，操作不規(guī)范極易造成抽查樣超差，如未正確實施篩分實驗、不規(guī)范使用二分器、未正確選擇二分器、一般分析煤樣未全部通過0.2 mm標(biāo)準(zhǔn)篩、任意縮取存查煤樣、未按標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計制樣流程、留樣量不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求、隨意丟棄煤樣或造成煤樣污染等[12-13]。另外，二分器變形或破損后不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求等設(shè)備缺陷也會導(dǎo)致制樣環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。

針對出現(xiàn)的情況需分別采取對應(yīng)措施，如通過定期對破碎機(jī)進(jìn)行6 mm、3 mm和0.2 mm煤樣的篩分試驗，追蹤破碎機(jī)和制粉機(jī)的粒度情況以及對篩上物質(zhì)量百分率持續(xù)較高的情況，電廠應(yīng)聯(lián)合全自動制樣機(jī)廠家，重點調(diào)節(jié)破碎和制粉環(huán)節(jié)并使其滿足粒度要求或保持最佳工作狀態(tài)。

縮分是制樣的重要環(huán)節(jié)，全自動制樣機(jī)的縮分環(huán)節(jié)關(guān)系到其性能的優(yōu)劣[14-15]。全程關(guān)注縮分器縮分出的樣品質(zhì)量，若兩側(cè)樣品質(zhì)量一直偏差較大則需聯(lián)系廠家維修人員以及時解決縮分問題。運維人員需提高對自動制樣機(jī)的檢修能力，重視日常的設(shè)備運維工作并及時更換相關(guān)配件，及時清掃處理積煤或堵煤，在制備樣品前對全自動制樣機(jī)各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。

此外，應(yīng)定期邀請有權(quán)威資質(zhì)的單位對全自動制樣機(jī)開展性能試驗，有效提高全自動制樣機(jī)的工作性能和使用壽命[16-17]。制樣人員需加強對制樣標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)與貫徹，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的要求開展制樣工作并關(guān)注各環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)處理問題。若發(fā)現(xiàn)制樣的儀器設(shè)備在運行過程中存在潛在的故障風(fēng)險，也應(yīng)及時通知相關(guān)人員進(jìn)行相應(yīng)的檢修工作，以確保儀器設(shè)備能滿足制樣標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 化驗環(huán)節(jié)分析

(1)化驗設(shè)備本身的缺陷直接導(dǎo)致化驗結(jié)果出現(xiàn)問題，如馬弗爐爐溫異常、熱量計水泵工作不穩(wěn)定、分析天平不穩(wěn)定等。

(2)實驗室環(huán)境控制不到位也會導(dǎo)致結(jié)果異常，如發(fā)熱量測定每天室溫變化超過1 ℃，房間里空調(diào)直吹熱量計造成強烈的空氣對流，室溫與外筒溫度偏差超過1.5 K，熱量計熱容量標(biāo)定和發(fā)熱量測定時內(nèi)筒溫度相差超過5 K，甚至有的發(fā)熱量測定室未配置空調(diào)設(shè)備。

(3)檢測人員操作不規(guī)范導(dǎo)致結(jié)果異常。不規(guī)范操作包括未充分混勻煤樣、未多點多次取樣、灰分檢測時未將灰皿架放置在恒溫區(qū)、揮發(fā)分測定時未檢查坩堝的嚴(yán)密性和未將坩堝架放置在恒溫區(qū)、發(fā)熱量測定時未按要求對不易燃燒完全的煤樣添加石棉絨或未對低熱值的煤樣添加適量添加熱。

(4)使用有證煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)未涵蓋樣品范圍時易造成檢測結(jié)果出現(xiàn)問題。如工業(yè)分析儀揮發(fā)分、灰分的校準(zhǔn)曲線未涵蓋樣品范圍、庫侖定硫儀的校準(zhǔn)曲線未涵蓋樣品范圍時會導(dǎo)致校準(zhǔn)曲線范圍外的煤樣檢測結(jié)果出現(xiàn)偏離。例如某電廠用灰分為10%、20%和30%的煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對工業(yè)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，但檢測灰分為5%左右的煤樣時則無法保證該煤樣檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(5)檢測方法不同也會導(dǎo)致結(jié)果超差，如某些煤樣灰分檢測使用快速灰化法方法B比緩慢灰化法檢測結(jié)果偏高[18]。

(6)煤樣未達(dá)到空氣干燥狀態(tài)也是造成超差的原因之一，煤樣未達(dá)到空干基狀態(tài)而空干基水分的檢測與其他檢測項目時間間隔較長會導(dǎo)致計算干基結(jié)果時出現(xiàn)偏離。

通過建立檢測設(shè)備的質(zhì)量控制圖可以有效加強檢測環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制[19]。每天實驗前后、實驗過程中采用檢測設(shè)備測定涵蓋或接近樣品指標(biāo)范圍的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計并以標(biāo)準(zhǔn)值的用戶不確定度為上下限建立質(zhì)量控制圖。從質(zhì)量控制圖上可看出檢測設(shè)備在某個時間點或時間段標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檢測結(jié)果是否合格、檢測設(shè)備是否存在負(fù)的或正的系統(tǒng)誤差、檢測設(shè)備在某段時間內(nèi)是否穩(wěn)定與可控，從而指導(dǎo)檢測人員維護(hù)設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)煤的結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)值的不確定度范圍，要及時判斷造成異常的原因，如由操作問題、設(shè)備問題、環(huán)境控制不到位等原因引起時則應(yīng)及時采取措施，質(zhì)量控制合格后再進(jìn)行樣品的檢測。實驗室某工業(yè)分析儀的質(zhì)量控制圖如圖1所示，觀察發(fā)現(xiàn)該工分儀對GBW 11101a煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檢測結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度范圍內(nèi)，質(zhì)量控制合格。但需注意質(zhì)控圖的后半部分，檢測結(jié)果大部分落在標(biāo)準(zhǔn)值以下則說明工分儀存在一定的負(fù)系統(tǒng)偏差，需要實驗室人員關(guān)注該工分儀并在必要時及時調(diào)整或報修。

圖1 實驗室某工業(yè)分析儀GBW 11101a灰分質(zhì)量控制圖Fig.1 The GBW 11101a ash quality control diagram of an industrial analyzer in a laboratory

通過比對實驗也可加強煤炭實驗室質(zhì)量控制，如通過工業(yè)分析儀與干燥箱、馬弗爐的比對實驗可以對工分儀的水分、灰分、揮發(fā)分的檢測環(huán)節(jié)加強控制，通過對不同熱量計比對可發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否存在系統(tǒng)誤差。在檢測期間要及時將樣品袋或樣品瓶封口以盡量避免煤樣在檢測過程中出現(xiàn)較大的水分變化。

2.3 其他因素分析

煤種本身的特殊性也易造成存查樣指標(biāo)超差，如部分褐煤和低變質(zhì)程度的煙煤易被氧化從而造成其熱值、灰分、揮發(fā)分產(chǎn)生一定變化[20-21]?；曳州^大的煤也易出現(xiàn)指標(biāo)超差情況。對存查煤樣密封保存、環(huán)境溫濕度加強監(jiān)督管理可降低煤樣的氧化。

3 案例分析

某電廠出現(xiàn)存查煤樣超差情況，具體數(shù)據(jù)詳見表1。分析數(shù)據(jù)后可初步判斷，煤樣1和煤樣2的灰分和熱值均超差且偏差呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，懷疑樣品代表性存在問題。煤樣3和煤樣4僅灰分指標(biāo)超差且呈現(xiàn)較大的正偏差，懷疑實驗室化驗環(huán)節(jié)存在一定問題。

表1 某電廠存查煤樣超差數(shù)據(jù)Table 1 The over-tolerance data of pack checking coal sample in a power plant

經(jīng)了解該電廠的全水分煤樣、存查煤樣和分析煤樣均由全自動制樣機(jī)制備，查看全自動制樣機(jī)的3 mm粒度篩分試驗原始記錄，發(fā)現(xiàn)其篩上物質(zhì)量百分比均在3%～5%，不滿足全自動制樣機(jī)3 mm煤樣全部通過3 mm圓孔篩的要求。又隨機(jī)抽取4個近期的存查煤樣進(jìn)行篩分試驗，發(fā)現(xiàn)篩上物百分比在5%～10%，由此可見全自動制樣機(jī)的3 mm粒度不合格是導(dǎo)致樣品代表性出現(xiàn)問題的主要原因。另外全自動制樣機(jī)的制樣環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)存在漏煤和堵煤的情況，易造成煤樣交叉污染，同樣影響樣品的代表性。

查看并分析電廠實驗室的化驗環(huán)節(jié)可知，該實驗室對發(fā)熱量、全硫項目每次檢測前均測定煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，但未對標(biāo)煤檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，因此無法直觀分析設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。對于灰分檢測質(zhì)量控制，每月僅進(jìn)行1次煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的灰分測定，因此無法分析煤樣3和煤樣4在灰分檢測當(dāng)天的質(zhì)量控制情況。經(jīng)詢問了解到化驗人員采用快速灰化法(方法B)對煤樣3和煤樣4進(jìn)行灰分檢測，因而使用同一臺馬弗爐對相同的煤樣分別采用緩慢揮發(fā)法和快速灰化法進(jìn)行比對試驗，試驗結(jié)果詳見表2，其中的差值為快速灰化法與緩慢灰化法測值之差。觀察3個煤樣的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，快速灰化法(方法B)比緩慢灰化法的檢測結(jié)果偏高，究其原因是因為快速灰化法在灰分檢測過程中易產(chǎn)生固硫作用，從而致使測試結(jié)果會偏高，此為導(dǎo)致灰分超差的主要原因之一。

表2 緩慢與快速灰化法比對試驗數(shù)據(jù)Table 2 Test date of slow and quick method comparison

對以上情況可采取以下整改措施:

(1)通過定期開展篩分試驗以加強對全自動制樣機(jī)破碎粒度的監(jiān)督，確保粒度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求或保持在最佳工作狀態(tài)，加強全自動制樣機(jī)運行維護(hù)，杜絕因堵煤造成的交叉污染。

(2)加強實驗室檢測質(zhì)量控制，每次正式檢測前需測定與待測煤樣指標(biāo)相近或能涵蓋樣品范圍的煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測值合格后才能測試樣品。

(3)灰分檢測建議采用仲裁分析方法，也即采用緩慢灰化法。

(4)建議對每臺檢測設(shè)備建立質(zhì)量控制圖以加強對其質(zhì)量控制。經(jīng)過采取整改措施后，超差情況得到明顯改善。

4 結(jié) 語

國家能源集團(tuán)將存查煤樣監(jiān)督抽查工作作為燃料監(jiān)督的重點，對企業(yè)內(nèi)電廠隨機(jī)抽取存查煤樣并進(jìn)行全硫、發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)分的檢測，以煤檢公司的結(jié)果為檢測值、電廠化驗結(jié)果為報告值來判斷結(jié)果是否超差。通過具體案例，從制樣、化驗方面分析某電廠存查煤樣超差的原因并提出整改措施，采取相應(yīng)整改措施后明顯改善了測定結(jié)果超差的情況。

根據(jù)存查煤樣的超差結(jié)果分析制樣和化驗環(huán)節(jié)方面可能存在的問題并及時加以解決，從而不斷加強質(zhì)量控制與提高檢測水平。需重點關(guān)注制樣環(huán)節(jié)中全自動制樣機(jī)的破碎粒度和縮分情況，通過定期對全自動制樣機(jī)進(jìn)行粒度篩分試驗和性能試驗，時刻關(guān)注縮分器兩側(cè)煤樣質(zhì)量，同時加強運維人員的運行維護(hù)和提升檢修能力以提高其工作性能和使用壽命。人工制樣要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求開展各試驗步驟，加強各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。在化驗環(huán)節(jié)應(yīng)對設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境條件、人為操作各環(huán)節(jié)進(jìn)行確認(rèn)，注意檢測過程中所使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)范圍盡量接近或涵蓋樣品指標(biāo)范圍。通過建立設(shè)備的質(zhì)量控制圖以有效加強實驗室質(zhì)量控制，有助于維護(hù)設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，從而確保檢測過程滿足精密度和準(zhǔn)確度要求。