楊茂林，孫利娟，吳 偉，崔 凱，黃鑫亮，武文亮

（1.華能沁北發(fā)電有限公司，河南 濟(jì)源 459011；2.中國(guó)華能集團(tuán)有限公司河南分公司，河南 鄭州 450018）

全自動(dòng)制樣機(jī)的使用不僅能夠減少火電廠人員定額，減輕制樣人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)其生成樣品的化驗(yàn)指標(biāo)是火電廠燃煤采購(gòu)的結(jié)算依據(jù)。因此，研究影響制樣效率的關(guān)鍵因素，分析樣品的穩(wěn)定性和代表性對(duì)火電廠進(jìn)行煤質(zhì)管理具有重要意義。電力現(xiàn)貨市場(chǎng)［1］和輔助服務(wù)市場(chǎng)［2］的運(yùn)營(yíng)，加劇了火電行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)豐富了火電廠所需燃煤種類。煙煤、高熱值煤、低硫煤、經(jīng)濟(jì)煤種［3-4］的合理庫(kù)存結(jié)構(gòu)，是火電廠實(shí)現(xiàn)負(fù)荷靈活性調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)［5］。燃煤采購(gòu)是火電廠最大的成本支出，占總生產(chǎn)成本的60%～80%。面對(duì)新能源電力迅猛發(fā)展和煤價(jià)高企的雙重壓力，提高煤質(zhì)管理水平，嚴(yán)控燃煤采購(gòu)成本，已成為火電廠節(jié)約成本、扭虧為盈的重要抓手［6］?；痣姀S的燃煤采購(gòu)以入廠煤的化驗(yàn)指標(biāo)作為結(jié)算依據(jù)［7］，同時(shí)碳排放工作的推進(jìn)加強(qiáng)了國(guó)家對(duì)入爐煤指標(biāo)的監(jiān)管［8-10］。無論是入廠煤還是入爐煤，都需要進(jìn)行樣品采集，均勻縮分，制備成?0.2 mm 的分析樣，以用于熱值、硫分等的指標(biāo)化驗(yàn)［11-12］。煤樣制備是火電廠進(jìn)行煤質(zhì)管理的重要環(huán)節(jié)，大型火電廠燃煤來量大、煤質(zhì)雜更是加劇了煤樣制備的工作難度。

傳統(tǒng)的煤樣制備工作雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但仍需要人工參與。制樣員操作技能水平的高低、制樣流程的標(biāo)準(zhǔn)化把控、制樣過程中的灑煤都會(huì)影響所制備樣品的代表性和穩(wěn)定性。煤樣制備量大、制樣工作的簡(jiǎn)單重復(fù)加劇了制樣人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；制樣工作長(zhǎng)期處于高粉塵環(huán)境，不利于制樣人員的身體健康；此外，人工制樣還存在較大的廉潔風(fēng)險(xiǎn)。為了建設(shè)數(shù)字化電廠［13-14］，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、規(guī)避廉潔風(fēng)險(xiǎn)，不需要人工參與的自動(dòng)化、智能化燃煤制樣機(jī)一直是科研人員研發(fā)的重點(diǎn)［15］。

燃煤全自動(dòng)制樣機(jī)依據(jù)GB 474—2008《煤樣的制備方法》［16］進(jìn)行煤樣制備的全流程控制。然而在保證全水樣、分析樣質(zhì)量和粒度達(dá)到要求的前提下，制樣效率、設(shè)備的積煤積粉、樣品的代表性和穩(wěn)定性等同樣是決定全自動(dòng)制樣機(jī)能否在火電廠廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵性因素［17-19］。以華能沁北電廠采購(gòu)的全自動(dòng)制樣機(jī)為研究對(duì)象，以當(dāng)天采集的入廠煤和入爐煤樣品為試驗(yàn)原料進(jìn)行研究。通過記錄全自動(dòng)制樣機(jī)的制樣時(shí)長(zhǎng)，分析延時(shí)原因，揭示影響制樣效率的主要因素；通過進(jìn)行質(zhì)量守恒試驗(yàn)和空載試驗(yàn)，探明全自動(dòng)制樣機(jī)各區(qū)域的積煤積粉情況；通過對(duì)比全自動(dòng)制樣機(jī)生成的備份樣、存查樣、分析樣的化驗(yàn)指標(biāo)，以及對(duì)比人工制備分析樣和全自動(dòng)制樣機(jī)制備分析樣的化驗(yàn)指標(biāo)，研究全自動(dòng)制樣機(jī)生成樣品的代表性和穩(wěn)定性。提高制樣效率、消除積煤積粉隱患、保證樣品的代表性和穩(wěn)定性有助于推進(jìn)全自動(dòng)制樣機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，從而擴(kuò)大其在火電廠的應(yīng)用規(guī)模。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 試驗(yàn)原料

研究對(duì)象為全自動(dòng)制樣機(jī)。全自動(dòng)制樣機(jī)的試驗(yàn)原料取自火電廠當(dāng)天采集的入廠煤和入爐煤。入廠煤和入爐煤均使用機(jī)器自動(dòng)化采樣，并通過集樣桶封裝。同一批次的入廠煤所采集的樣品質(zhì)量不低于15 kg，同一臺(tái)機(jī)組的入爐煤所采集的樣品質(zhì)量也不低于15 kg。

1.2 制樣流程

全自動(dòng)制樣機(jī)包括一級(jí)破碎單元、二級(jí)破碎單元、三級(jí)破碎單元、干燥單元、清掃單元和棄料單元，其主要結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。開始制樣前，全自動(dòng)制樣機(jī)的機(jī)械手臂采用每桶依次入料的方式，將集樣桶中的煤樣倒入一級(jí)破碎單元中。同一煤樣的所有子樣品全部完成入料后，一級(jí)破碎單元才會(huì)進(jìn)行工作。煤樣經(jīng)一級(jí)破碎單元破碎至6 mm 后，生成不低于1.2 kg 的全水樣和不低于3.5 kg 的備份樣、制備樣，其余樣品通過皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至棄料單元舍棄。備份樣通過機(jī)械手臂暫時(shí)放置在備份樣品柜中，制備樣通過機(jī)械手臂轉(zhuǎn)移至二級(jí)破碎單元。6 mm 制備樣經(jīng)二級(jí)破碎單元破碎至3 mm 后，生成不低于800 g 的存查樣和干燥樣，其余樣品舍棄。干燥單元位于二級(jí)破碎單元下方，采用強(qiáng)制通風(fēng)干燥，干燥溫度50 ℃，干燥時(shí)間20 min。干燥完成后，干燥樣通過機(jī)械手臂轉(zhuǎn)移至三級(jí)破碎單元。3 mm 干燥樣經(jīng)三級(jí)破碎單元破碎至0.2 mm 后，生成不低于250 g 的分析樣，其余樣品由棄樣瓶收集，然后通過機(jī)械手臂轉(zhuǎn)移至棄料單元舍棄。清掃單元用于清洗集樣桶和樣品瓶。制樣結(jié)束后，全自動(dòng)制樣機(jī)根據(jù)分析樣的質(zhì)量進(jìn)行判定，如果分析樣的質(zhì)量大于250 g，則舍棄備份樣，如果分析樣的質(zhì)量小于250 g，則留存?zhèn)浞輼?，用于人工重新制備分析樣?/p>

1.3 樣品表征

全自動(dòng)制樣機(jī)制備的全水樣用于化驗(yàn)收到基煤樣的水分，制備的分析樣用于化驗(yàn)空干基煤樣的熱值、硫分和氫含量。水分化驗(yàn)使用全自動(dòng)水分儀，依據(jù)GB/T 211—2017《煤中全水分的測(cè)定方法》［20］進(jìn)行測(cè)試。硫分化驗(yàn)使用全自動(dòng)測(cè)硫儀，依據(jù)GB/T 214—2007《煤中全硫的測(cè)定方法》［21］進(jìn)行測(cè)試。熱值化驗(yàn)使用全自動(dòng)量熱儀，依據(jù)GB/T 213—2008《煤的發(fā)熱量測(cè)定方法》［22］進(jìn)行測(cè)試。收到基煤樣的熱值通過式（1）進(jìn)行折算，干燥基煤樣的硫分通過式（2）進(jìn)行折算：

圖 1 全自動(dòng)制樣機(jī)結(jié)構(gòu)示意

式中Qar——收到基煤樣的熱值，MJ·kg-1；Qad——空干基煤樣的熱值，MJ·kg-1；Had——空干基煤樣的氫含量，%；Mar——收到基煤樣的水分，%；Mad——空干基煤樣的水分，%；Sad——空干基煤樣的硫分，%；Sd——干燥基煤樣的硫分，%。

2 制樣效率分析

制樣效率是全自動(dòng)制樣機(jī)的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，決定了其在火電廠的適用性。華能沁北電廠采購(gòu)的燃煤全自動(dòng)制樣機(jī)說明書指出：?jiǎn)蝹€(gè)樣品制樣時(shí)長(zhǎng)60 min，連續(xù)制樣間隔22 min，制樣效率20 樣/8 h。本研究全自動(dòng)制樣機(jī)一個(gè)月內(nèi)的制樣時(shí)長(zhǎng)分布如圖2 所示，一個(gè)月內(nèi)，全自動(dòng)制樣機(jī)共制備煤樣223 個(gè)，其中最短制樣時(shí)長(zhǎng)56 min，最長(zhǎng)制樣時(shí)長(zhǎng)319 min，去掉最短和最長(zhǎng)制樣時(shí)長(zhǎng)，得到平均制樣時(shí)長(zhǎng)103.2 min。制樣時(shí)長(zhǎng)在50～100 min 的煤樣共164 個(gè)，占比73.54%；制樣時(shí)長(zhǎng)在100～150 min 的煤樣共22 個(gè)，占比9.87%；制樣時(shí)長(zhǎng)在150～200 min 的煤樣共11 個(gè)，占比4.93%；制樣時(shí)長(zhǎng)在200～250 min 的煤樣共19 個(gè)，占比8.52%；制樣時(shí)長(zhǎng)在250～300 min 的煤樣共6 個(gè)，占比2.69%；制樣時(shí)長(zhǎng)在300～350 min 的煤樣共1個(gè)，占比0.45%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，該全自動(dòng)制樣機(jī)的制樣時(shí)長(zhǎng)主要分布在50～100 min，該區(qū)間范圍內(nèi)的164 個(gè)煤樣的平均制樣時(shí)長(zhǎng)為76 min?？梢娫趯?shí)際運(yùn)行中，該全自動(dòng)制樣機(jī)并沒有達(dá)到說明書中所述的效率。按照平均制樣時(shí)長(zhǎng)103.2 min計(jì)算，全自動(dòng)制樣機(jī)連續(xù)進(jìn)樣的制樣效率為18樣/8 h；按照平均制樣時(shí)長(zhǎng)76 min 計(jì)算，全自動(dòng)制樣機(jī)連續(xù)進(jìn)樣的制樣效率為19 樣/8 h。

圖2 全自動(dòng)制樣機(jī)制樣時(shí)長(zhǎng)分布圖

全自動(dòng)制樣機(jī)單個(gè)樣品制樣時(shí)長(zhǎng)60 min，具體包括入料耗時(shí)16 min，一級(jí)破碎耗時(shí)5 min，二級(jí)破碎耗時(shí)5 min，干燥耗時(shí)20 min，三級(jí)破碎耗時(shí)10 min，出料耗時(shí)4 min。其中，入料時(shí)長(zhǎng)和干燥時(shí)長(zhǎng)是限制全自動(dòng)制樣機(jī)連續(xù)制樣間隔時(shí)間的主要因素。

全自動(dòng)制樣機(jī)程序控制系統(tǒng)和硬件執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁故障是造成制樣延時(shí)的主要原因。程序控制系統(tǒng)故障主要發(fā)生在入料工藝。全自動(dòng)制樣機(jī)采用輥筒輸送入料，入料工藝包括摘蓋、倒樣、清桶、合蓋、返桶5 個(gè)過程。集樣桶的桶蓋上內(nèi)嵌芯片，用于綁定所采集的煤樣信息。摘蓋機(jī)構(gòu)因?yàn)樽x取不到芯片信息或在連續(xù)進(jìn)子樣時(shí)無法跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)開蓋程序，導(dǎo)致開蓋失敗，造成制樣延時(shí)。全自動(dòng)制樣機(jī)的旋蓋機(jī)故障是造成制樣延時(shí)的另一個(gè)重要原因。全自動(dòng)制樣機(jī)制備的全水樣、存查樣、分析樣存放在樣品瓶?jī)?nèi)，旋蓋機(jī)用于封裝樣品瓶的瓶蓋。旋蓋機(jī)故障分為取瓶蓋失敗和蓋瓶蓋失敗。取瓶蓋失敗主要是因?yàn)榇娣旁趯?dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)的瓶蓋在下落過程中卡澀，無法到達(dá)瓶蓋轉(zhuǎn)移托盤內(nèi)。蓋瓶蓋失敗主要是因?yàn)樽R(shí)別器不能準(zhǔn)確讀取到旋蓋機(jī)內(nèi)的瓶蓋信號(hào)，導(dǎo)致蓋瓶蓋操作無法執(zhí)行。全自動(dòng)制樣機(jī)發(fā)生故障后，整個(gè)制樣流程停滯無法繼續(xù)進(jìn)行，需要人工干預(yù)消除故障后，方可繼續(xù)進(jìn)行制樣。消除程序控制系統(tǒng)和硬件執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)制樣機(jī)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的前提。優(yōu)化入料工藝、縮短入料時(shí)長(zhǎng)以及擴(kuò)充干燥單元、消除干燥等待時(shí)間是提高全自動(dòng)制樣機(jī)制樣效率的有效手段。

3 運(yùn)行特性分析

3.1 積煤積粉分析

全自動(dòng)制樣機(jī)采用連續(xù)進(jìn)樣運(yùn)行方式，上一個(gè)煤樣如果存在積煤積粉，則會(huì)直接混入到下一個(gè)煤樣中，造成不同煤樣之間混樣，導(dǎo)致化驗(yàn)結(jié)果失真。積煤積粉是影響全自動(dòng)制樣機(jī)能否在火電廠應(yīng)用的決定性因素。通過質(zhì)量守恒試驗(yàn)?zāi)軌蝌?yàn)證全自動(dòng)制樣機(jī)是否存在積煤積粉。全自動(dòng)制樣機(jī)質(zhì)量守恒試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。質(zhì)量守恒試驗(yàn)入料質(zhì)量37.82 kg，出料質(zhì)量包括全水樣1.82 kg、存查樣0.87 kg、分析樣0.26 kg、棄料35.12 kg，總計(jì)38.07 kg，可見出料質(zhì)量比入料質(zhì)量多0.25 kg，二者相對(duì)誤差0.66%。質(zhì)量守恒試驗(yàn)證實(shí)了該全自動(dòng)制樣機(jī)內(nèi)部存在積煤積粉，然而無法明確各個(gè)區(qū)域具體的積煤積粉情況。因此，需要改進(jìn)試驗(yàn)方案，以探明一級(jí)破碎單元、二級(jí)破碎單元、三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉質(zhì)量，從而對(duì)全自動(dòng)制樣機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行評(píng)估。

圖3 全自動(dòng)制樣機(jī)質(zhì)量守恒試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行空載試驗(yàn)，即入料質(zhì)量0 kg，一級(jí)破碎完成后，拍下全自動(dòng)制樣機(jī)的急停按鈕，停止工作流程，取出備份樣和制備樣，從而確保機(jī)械手臂倒入二級(jí)破碎單元內(nèi)的制備樣為0 kg。二級(jí)破碎及干燥完成后，再次拍下急停按鈕，停止工作流程，取出存查樣和干燥樣，從而確保機(jī)械手臂倒入三級(jí)破碎單元內(nèi)的干燥樣也為0 kg。空載試驗(yàn)產(chǎn)生的全水樣、備份樣、制備樣為一級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉，存查樣和干燥樣為二級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉，分析樣和棄樣為三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉。

空載試驗(yàn)結(jié)果顯示，全自動(dòng)制樣機(jī)各區(qū)域的積煤積粉情況如圖4 所示?？蛰d試驗(yàn)生成的制備樣和備份樣共168.04 g，全水樣24.07 g，說明一級(jí)破碎單元積煤積粉192.11 g。全自動(dòng)制樣機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，生成的制備樣和備份樣均不低于3.5 kg，因此一級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉占制備樣或備份樣的5.49%?？蛰d試驗(yàn)生成的存查樣和干燥樣共0.72 g，說明二級(jí)破碎單元積煤積粉0.72 g。全自動(dòng)制樣機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，生成的存查樣和干燥樣都不低于800 g，因此二級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉占存查樣或干燥樣的0.09%?？蛰d試驗(yàn)生成的分析樣9.88 g，棄樣47.63 g，說明三級(jí)破碎單元積煤積粉57.51 g。全自動(dòng)制樣機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，生成的分析樣不低于250 g，因此三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉占分析樣的23.00%。由此可見，全自動(dòng)制樣機(jī)內(nèi)部全流域存在積煤積粉，一級(jí)破碎單元最多，三級(jí)破碎單元次之，二級(jí)破碎單元最少；然而，三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉占生成樣的比例最高，一級(jí)破碎單元次之，二級(jí)破碎單元最少。

圖4 全自動(dòng)制樣機(jī)各區(qū)域積煤積粉分布

3.2 樣品代表性分析

全自動(dòng)制樣機(jī)生成的備份樣和存查樣與分析樣相互補(bǔ)充與佐證。當(dāng)需要對(duì)燃煤指標(biāo)進(jìn)行定期抽檢，或分析樣化驗(yàn)指標(biāo)與燃煤采購(gòu)預(yù)報(bào)指標(biāo)存在較大偏差時(shí)，可以重新化驗(yàn)存查樣，以驗(yàn)證分析樣化驗(yàn)指標(biāo)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。如備份樣和存查樣的化驗(yàn)結(jié)果一致，則說明全自動(dòng)制樣機(jī)生成的樣品能夠代表采購(gòu)燃煤的真實(shí)指標(biāo)。即使在分析樣化驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)失真的情況下，仍能夠通過存查樣找回真實(shí)的燃煤化驗(yàn)指標(biāo)。為了驗(yàn)證全自動(dòng)制樣機(jī)的代表性，共進(jìn)行3 組試驗(yàn)。每組試驗(yàn)使用不同的入廠煤或入爐煤樣品，3 組試驗(yàn)采用連續(xù)進(jìn)樣的運(yùn)行方式。在試驗(yàn)過程中，取出備份樣，然后人工分別將備份樣和存查樣制成?0.2 mm 的樣品。同時(shí)化驗(yàn)備份樣和存查樣的熱值、硫分，對(duì)比分析化驗(yàn)結(jié)果的一致性。備份樣和存查樣熱值、硫分的化驗(yàn)指標(biāo)如圖5 所示。

圖5 備份樣和存查樣的熱值、硫分化驗(yàn)結(jié)果

備份樣-1 和存查樣-1 的熱值分別為19.64、19.67 MJ·kg-1，二者相差0.03 MJ·kg-1。備份樣-1和存查樣-1 的硫分分別為1.25%，1.23%，二者相差0.02%。備份樣-2 和存查樣-2 的熱值分別為17.12，17.17 MJ·kg-1，二者相差0.05 MJ·kg-1；備份樣-2 和存查樣-2 的硫分分別為1.32%，1.31%，二者相差0.01%。備份樣-3 和存查樣-3 的熱值分別為20.92，20.85 MJ·kg-1，二者相差0.07 MJ·kg-1。備份樣-3 和存查樣-3 的硫分分別為2.20%，2.22%，二者相差0.02%。

由3 組試驗(yàn)結(jié)果顯示，備份樣和存查樣熱值最大偏差為0.07 MJ·kg-1，低于GB/T 213—2008規(guī)定的重復(fù)限定值0.12 MJ·kg-1。備份樣和存查樣硫分最大偏差0.02%，低于國(guó)標(biāo)GB/T 214—2007 規(guī)定的重復(fù)限定值0.05%。由此可見，雖然一級(jí)破碎單元和二級(jí)破碎單元會(huì)存在少量的積煤積粉，但是由于一級(jí)破碎單元和二級(jí)破碎單元生成樣品的質(zhì)量基數(shù)大，且大部分入料樣品在縮分的過程中會(huì)被舍棄，因此一級(jí)破碎單元和二級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉并沒有對(duì)制備樣和存查樣的化驗(yàn)指標(biāo)造成影響。制備樣和存查樣是同一煤樣生成的樣品，均能夠代表該煤樣的真實(shí)特性。制備樣和存查樣熱值、硫分的化驗(yàn)指標(biāo)低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)限定值，說明該全自動(dòng)制樣機(jī)一級(jí)破碎單元和二級(jí)破碎單元生成的樣品具有良好的代表性。

3.3 樣品穩(wěn)定性分析

火電廠日常工作中，只有分析樣才會(huì)用于化驗(yàn)熱值和硫分，并將分析樣的化驗(yàn)指標(biāo)作為燃煤采購(gòu)的結(jié)算依據(jù)。因此，全自動(dòng)制樣機(jī)生成的分析樣是否具有穩(wěn)定性、分析樣的化驗(yàn)指標(biāo)是否真實(shí)可靠對(duì)燃煤采購(gòu)具有重要的指導(dǎo)作用。

全自動(dòng)制樣機(jī)、人工分別制備分析樣的熱值和硫分化驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示。全自動(dòng)制樣機(jī)、人工使用同一入廠煤或入爐煤采集的樣品分別制備分析樣，然后化驗(yàn)其熱值和硫分。通過對(duì)比，分析三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉是否會(huì)影響全自動(dòng)制樣機(jī)生成分析樣的代表性和穩(wěn)定性。人工制備分析樣先后使用聯(lián)合制樣機(jī)、電動(dòng)縮分機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)、烘干箱和制樣粉碎機(jī)，此套設(shè)備在火電廠具有較長(zhǎng)的應(yīng)用基礎(chǔ)，可以人工打開設(shè)備外殼清理上一個(gè)煤樣遺留的積煤積粉，因此試驗(yàn)結(jié)果具有良好的穩(wěn)定性。

圖6 全自動(dòng)制樣機(jī)、人工分別制備分析樣的熱值、硫分化驗(yàn)結(jié)果

全自動(dòng)制樣機(jī)、人工分別制備分析樣共進(jìn)行4 組試驗(yàn)，而全自動(dòng)制樣機(jī)采用連續(xù)進(jìn)樣的運(yùn)行方式。分析樣4-機(jī)的熱值為20.36 MJ·kg-1，硫分為1.99%。分析樣4-人的熱值為20.45 MJ·kg-1，硫分為2.20%。分析樣5-機(jī)的熱值為19.93 MJ·kg-1，硫分為2.89%。分析樣5-人的熱值為17.89 MJ·kg-1，硫分為3.12%。分析樣5-機(jī)比分析樣5-人的熱值高2.04 MJ/kg，原因是分析樣4 的熱值高于分析樣5，分析樣4-機(jī)在三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉混入分析樣5-機(jī)中，導(dǎo)致分析樣5-機(jī)的熱值偏高。相似地，分析樣5-機(jī)的硫分比分析樣5-人低0.23%，原因是分析樣4 的硫分低于分析樣5，分析樣4-機(jī)在三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉混入分析樣5-機(jī)中，導(dǎo)致分析樣5-機(jī)的硫分偏低。同理，分析樣5-機(jī)在三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉混入分析樣6-機(jī)中，分析樣6-機(jī)在三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉混入分析樣7-機(jī)中，導(dǎo)致分析樣6-機(jī)和分析樣6-人以及分析樣7-機(jī)和分析樣7-人的熱值、硫分偏差均高于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)限定值。由此可見，全自動(dòng)制樣機(jī)三級(jí)破碎單元內(nèi)的積煤積粉直接導(dǎo)致了分析樣化驗(yàn)結(jié)果失真，使其不再具有代表性和穩(wěn)定性。

三級(jí)破碎單元體積小、動(dòng)力弱無法將煤樣完全破碎至?0.2 mm 以下，使其通過?0.2 mm 篩網(wǎng)落入到分析樣的樣品瓶中，產(chǎn)生較多的篩上物是造成積煤積粉的主要原因。去掉?0.2 mm 篩網(wǎng)，利用全自動(dòng)制樣機(jī)重新制備分析樣，以驗(yàn)證篩上物對(duì)分析樣化驗(yàn)結(jié)果的影響。去掉?0.2 mm 篩網(wǎng)后，使用入廠煤或入爐煤采集的樣品，全自動(dòng)制樣機(jī)仍采用連續(xù)進(jìn)樣的運(yùn)行方式，進(jìn)行3 組試驗(yàn)。

備份樣、存查樣、分析樣熱值、硫分的化驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示。備份樣-8、存查樣-8、分析樣-8 的熱值分別為19.64，19.72，19.67 MJ·kg-1，三者最大相差0.08 MJ·kg-1，低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)限定值。備份樣-8、存查樣-8、分析樣-8 的硫分分別為1.25%，1.23%，1.21%，三者最大相差0.04%，也低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)限定值。相似地，備份樣-9、存查樣-9、分析樣-9 以及備份樣-10、存查樣-10、分析樣-10 的熱值、硫分的最大偏差均低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)限定值。由此可以證實(shí)，三級(jí)破碎單元內(nèi)的篩上物殘留是造成積煤積粉的原因，而積煤積粉是造成分析樣化驗(yàn)結(jié)果失真的原因。去掉?0.2 mm 篩網(wǎng)后，全自動(dòng)制樣機(jī)生成的備份樣、存查樣、分析樣的熱值、硫分顯示出高度的一致性，因此三級(jí)破碎單元的破碎能力及樣品過篩率成為了限制全自動(dòng)制樣機(jī)廣泛應(yīng)用的主要因素。

圖7 備份樣、存查樣、分析樣的熱值、硫分化驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

燃煤全自動(dòng)制樣機(jī)的制樣效率、積煤積粉、樣品的代表性和穩(wěn)定性是限制其在火電廠廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。通過實(shí)際試驗(yàn)，揭示了影響全自動(dòng)制樣機(jī)制樣效率的主要原因，驗(yàn)證了全自動(dòng)制樣機(jī)生成樣品的代表性和穩(wěn)定性。

（1）設(shè)備頻繁故障是造成單個(gè)樣品制樣延時(shí)的主要原因。單個(gè)樣品制樣時(shí)間從60 min 延時(shí)至76 min，制樣效率從20 樣/8 h 下降至19 樣/8 h。消除設(shè)備故障、縮短入料時(shí)長(zhǎng)、避免干燥等待時(shí)間等是提高制樣效率的有效手段。

（2）全自動(dòng)制樣機(jī)內(nèi)部全流域存在積煤積粉，一級(jí)破碎單元最多，三級(jí)破碎單元次之，二級(jí)破碎單元最少。制備樣和存查樣的熱值、硫分化驗(yàn)結(jié)果低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的重復(fù)限定值，說明一級(jí)破碎單元和二級(jí)破碎單元生成的樣品具有良好的代表性。

（3）三級(jí)破碎單元內(nèi)的篩上物殘留是造成積煤積粉、分析樣化驗(yàn)結(jié)果失真的原因。去掉?0.2 mm 篩網(wǎng)后，備份樣、存查樣、分析樣的熱值和硫分化驗(yàn)結(jié)果顯示出高度的一致性，表明三級(jí)破碎單元的破碎能力及樣品過篩率是限制全自動(dòng)制樣機(jī)在火電廠廣泛應(yīng)用的主要因素。