火電廠煤樣采制機(jī)性能的檢驗(yàn)

韓立鵬

（華能邯峰發(fā)電廠，邯鄲056200）

火力發(fā)電廠為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量，需要從幾千噸甚至上萬(wàn)噸的煤炭中采集少量的樣品，最終縮制成100g左右的分析樣品，使之能夠代表這批煤炭的平均質(zhì)量與特性。由于煤炭自身灰分和粒度的不均勻，要采取到有代表性的煤樣，必須遵循概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本原則進(jìn)行采樣。根據(jù)方差理論［1］，煤質(zhì)檢驗(yàn)的誤差由采樣、制樣和化驗(yàn)三部分組成，采樣誤差約占總誤差的80%，制樣誤差約占16%，化驗(yàn)誤差約占4%。可見(jiàn)，正確采制樣是電廠燃料質(zhì)量鑒定的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

目前火電廠所用機(jī)械采制煤樣裝置種類(lèi)繁多，但各類(lèi)煤炭采制樣機(jī)的結(jié)構(gòu)大致相同，主要包括采樣頭、給煤機(jī)、破碎機(jī)、縮分器、余煤處理裝置等。從系統(tǒng)流程上，根據(jù)采樣地點(diǎn)、采樣對(duì)象的不同又有所區(qū)別。以皮帶采制樣機(jī)的系統(tǒng)流程為例，根據(jù)其破碎-縮分單元的數(shù)目，可分為一級(jí)采樣制樣和二級(jí)采樣制樣兩種。煤炭采制樣機(jī)由采樣系統(tǒng)和制樣系統(tǒng)組成，其精密度合格且無(wú)系統(tǒng)誤差，是得到準(zhǔn)確煤炭品質(zhì)的前提條件。

1 采樣精密度的檢驗(yàn)

1.1 檢驗(yàn)方法

根據(jù)國(guó)標(biāo)要求［2］，采樣精密度采用雙倍子樣數(shù)雙份采樣方法。采樣單元煤量1 000t，正常應(yīng)采子樣數(shù)n＝60個(gè)，采樣間隔150s。采用雙倍子樣雙份試樣法，每個(gè)采樣單元采取2n個(gè)子樣。每個(gè)子樣分別通過(guò)機(jī)械采樣機(jī)的制樣系統(tǒng)。將通過(guò)制樣系統(tǒng)的留樣按奇偶數(shù)目分別合并成兩個(gè)試樣，奇數(shù)樣記為A樣，偶數(shù)樣記為B樣，重復(fù)此操作，從而構(gòu)成一對(duì)試樣，按要求從一批煤或同種煤采取至少10對(duì)試樣。分別對(duì)10對(duì)試樣進(jìn)行制樣和化驗(yàn)，測(cè)定干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 雙份試樣法干基灰分值

1.2 精密度的計(jì)算

雙份試樣標(biāo)準(zhǔn)差：

式中：d2為雙份試樣間差值的平方值；np為雙份試驗(yàn)對(duì)數(shù)。

95%置信概率下單個(gè)采樣單元精密度：

1.3 精密度的評(píng)估

按照國(guó)標(biāo)規(guī)定［3］，機(jī)械采樣預(yù)期的采樣精密度p0＝1.6%，將表1中的數(shù)據(jù)代入式（1）和式（2），計(jì)算95%置信概率下單個(gè)采樣單元精密度，從精密度范圍計(jì)算因素（見(jiàn)表2）中，查出雙份試樣對(duì)數(shù)f下精密度上、下限因素au和al，然后計(jì)算精密度上、下限aup和alp。

如果p0介于alp～aup之間，說(shuō)明采樣精密度符合預(yù)期要求；如果p0高于aup，說(shuō)明采樣精密度高于預(yù)期要求；如果p0低于alp，說(shuō)明采樣精密度不符合要求，需要對(duì)采樣方案進(jìn)行調(diào)整，增加采樣單元子樣數(shù)。

表2 精密度范圍計(jì)算因素表

經(jīng)計(jì)算單個(gè)采樣精密度p＝1.09%。查表2得：雙份試樣對(duì)數(shù)f＝10時(shí)，al＝0.70，au＝1.75，則精密度上限aup＝1.91%，精密度下限alp＝0.76%。由于alp＜p0＜aup，說(shuō)明機(jī)械采樣裝置采樣精密度符合預(yù)期p0＝1.6%的要求。

2 制樣性能檢驗(yàn)

2.1 縮分比檢驗(yàn)

準(zhǔn)備每個(gè)約10kg的煤樣22個(gè)，試驗(yàn)時(shí)從采制樣機(jī)給煤機(jī)的進(jìn)料口處取煤。煤樣經(jīng)破碎縮分，稱(chēng)量煤樣總質(zhì)量mt，樣品質(zhì)量m0，縮分比為m0/mt。表3為11組樣品的縮分比檢驗(yàn)結(jié)果。

表3 縮分比檢驗(yàn)結(jié)果

用t檢驗(yàn)法［4］檢驗(yàn)其有無(wú)顯著性差異。平均差值計(jì)算式：

式中：di為第i組差值；n為煤樣總對(duì)數(shù)。

方差計(jì)算式：

t檢驗(yàn)公式：

將表3中的11組縮分比差值代入式（3）、式（4）和式（5），總對(duì)數(shù)n＝11，求得t＝0.12。

表4為t臨界值表。查表4中tα，f臨界值。在煤質(zhì)檢測(cè)中，置信概率95%，α通常取0.05，f＝n－1＝10，查得t0.05，10＝2.23，因t＝0.12＜t0.05，10＝2.23，所以縮分器縮分比檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異，即縮分器的縮分比無(wú)系統(tǒng)誤差。縮分比大約為1∶34。

表4 t臨界值表

2.2 制樣精密度

準(zhǔn)備每個(gè)約10kg的煤樣20組。試驗(yàn)時(shí)從采制樣機(jī)給煤機(jī)的進(jìn)料口處取煤，煤樣經(jīng)過(guò)破碎縮分后收集樣品和余煤，并一一對(duì)應(yīng)編號(hào)（1～20組），分別對(duì)20組試樣樣品和余煤進(jìn)行制樣和化驗(yàn)，測(cè)定干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。連續(xù)10個(gè)干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值的絕對(duì)值為一組（不能選擇分組）。求第一組、第二組干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值絕對(duì)值d＝｜w（Ad）A－w（Ad）B｜的平均值和，如果任一組平均值大于0.37 p0（p0為機(jī)械采制化總精密度±1.6%），說(shuō)明制樣分析方差過(guò)大，即制樣分析精密度與國(guó)標(biāo)規(guī)定［2］的0.05之間存在顯著性差異，可判斷制樣精密度不合格。出現(xiàn)此類(lèi)情況需要檢查原因，采取改進(jìn)措施，使得制樣精密度滿足要求。經(jīng)計(jì)算＝0.46，＝0.33，連續(xù)兩組的平均值均小于0.37 p0，機(jī)械采樣機(jī)的制樣精密度符合要求。

2.3 制樣系統(tǒng)誤差檢驗(yàn)

采制樣機(jī)制樣系統(tǒng)誤差是根據(jù)樣品與余煤的干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值之間是否存在顯著性差異來(lái)判斷。利用制樣精密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值數(shù)據(jù)代入式（3）、式（4）和式（5），用t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)有無(wú)顯著性差異。計(jì)算得：t＝2.54，f＝n－1＝19，查表4得t0.05，19＝2.09。因t＝2.54＞t0.05，19＝2.09，二者存在顯著性差異，即制樣系統(tǒng)存在系統(tǒng)誤差，必須對(duì)制樣設(shè)備進(jìn)行技術(shù)檢查，并加以改進(jìn)。

3 整機(jī)性能檢驗(yàn)

3.1 水分損失檢驗(yàn)

采制樣機(jī)每采集一個(gè)初級(jí)子樣，同時(shí)在輸煤皮帶人工采集全水分煤樣，人工采集的全水分煤樣與采制樣機(jī)采集的全水分煤樣構(gòu)成一對(duì)全水分試樣，分別裝入密封容器中，這樣一共采集20對(duì)樣品進(jìn)行全水分測(cè)定。人工采樣記為w（Mt）r，采制樣機(jī)采記為w（Mt）j，水分損失ws按下式計(jì)算：

按式（6）代入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算水分損失ws＝1.0%。如采制樣機(jī)沒(méi)有收集全水分樣品功能，則可在縮分后的余煤中收集全水分煤樣。在對(duì)采制樣機(jī)進(jìn)行水分損失試驗(yàn)時(shí)，還經(jīng)常碰到這樣的情況，通過(guò)采制樣機(jī)后的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)反而比皮帶上原煤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，出現(xiàn)上述異常情況為原煤自身水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低所致，例如原煤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.8%，而通過(guò)采制樣機(jī)所測(cè)全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4.8%（如4.9%或5.0%），這往往是由全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定誤差造成的。國(guó)標(biāo)規(guī)定［6］，當(dāng)煤中全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%時(shí)，重復(fù)測(cè)定的允許差為0.4%，更何況上述煤樣不是同一樣品，出現(xiàn)這種情況應(yīng)將其作為異常值剔除，否則會(huì)得出不切實(shí)際的水分損失結(jié)論。

3.2 粒度分布檢驗(yàn)

收集經(jīng)采制樣機(jī)破碎后的煤樣，混合后取試驗(yàn)煤樣至少36.0kg［7］，采用一組方孔篩檢驗(yàn)煤樣的粒度分布，稱(chēng)量篩上物質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。質(zhì)量分?jǐn)?shù)最接近、但不大于5%為破碎機(jī)出料的最大粒度，采制樣機(jī)出料的最大粒度為13mm。

表5 出料粒度試驗(yàn)結(jié)果表

3.3 運(yùn)行可靠性考察

對(duì)煤樣采制樣機(jī)運(yùn)行可靠性的考察，重點(diǎn)是各主要部件運(yùn)行有無(wú)障礙，系統(tǒng)是否發(fā)生堵煤，控制系統(tǒng)是否可靠。運(yùn)行可靠性主要根據(jù)平時(shí)運(yùn)行記錄進(jìn)行考察，如年投運(yùn)率達(dá)到95%，則認(rèn)為運(yùn)行可靠性較高。

4 結(jié)語(yǔ)

從上述對(duì)煤樣采制樣機(jī)性能的檢驗(yàn)可知：

（1）采樣精密度高于預(yù)期1.6%。

（2）制樣精密度滿足要求，但存在偏倚。

（3）采制樣機(jī)水分損失1.0%。

（4）采制樣機(jī)出料粒度最大粒度13mm。

當(dāng)前火電廠普遍采用機(jī)械采制煤樣，新煤樣采制樣機(jī)投運(yùn)前需要對(duì)其性能作全面檢驗(yàn)，運(yùn)行中也需對(duì)其采制樣品精密度進(jìn)行檢驗(yàn)，考察有無(wú)系統(tǒng)誤差；采制樣機(jī)更換重要部件后更需重新檢驗(yàn)其采樣性能。雖然國(guó)標(biāo)規(guī)定機(jī)械采樣器要經(jīng)權(quán)威部門(mén)鑒定，但作者認(rèn)為火電廠能自身對(duì)采樣機(jī)械進(jìn)行性能檢驗(yàn)意義更大。

［1］周桂萍.電廠燃料［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 19494.3—2004煤炭機(jī)械化采樣第3部分：精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 19494.1—2004煤炭機(jī)械化采樣第1部分：采樣方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［4］盛驟，謝式千.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)［M］.4版.北京：高等教育出版社，2008.

［5］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 475—2008商品煤樣人工采取方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 211—2007煤中全水分的測(cè)定方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［7］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 474—2008煤樣的制備方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.