火電廠燃煤全自動制樣機性能試驗方案研究

王志坤，王杰，王愛明

(湖北華電江陵發(fā)電有限公司，湖北 荊州 434400)

1 研究的背景與意義

隨著我國煤炭價格日益增長，各發(fā)電企業(yè)燃煤成本大幅度上升，部分發(fā)電企業(yè)的燃煤成本甚至已接近總運營成本的80%［1］。同時，由于煤炭市場管理混亂，摻雜使假以及虧噸、虧卡、包餡等現(xiàn)象嚴重。煤炭的制樣環(huán)節(jié)一直以來被煤炭供需方作為煤質(zhì)驗收的重要環(huán)節(jié)，歷經(jīng)人工制樣、半自動聯(lián)合制樣機制樣，到如今正在發(fā)展的全自動制樣機［2］制樣。

無論煤炭采樣、制樣技術如何發(fā)展，燃料采制樣具有代表性都是制樣機所必須具備的基本性能。采樣、制樣有代表性，就必須通過性能試驗證明精密度符合要求且無實質(zhì)性偏倚［3］。目前，全自動制樣機的性能試驗還沒有相關的國標和行標，全自動制樣機普遍由廠家調(diào)試完成后移交火電廠燃煤質(zhì)檢管理人員，而移交的標準暫無完善的評價體系。本課題研究的目的在于用科學的試驗方法測試出全自動制樣機的整機精密度和整機偏倚是否滿足國標的相關要求。本課題根據(jù)現(xiàn)有標準(GB/T 19494．3—2004《煤炭機械化采樣 第3部分:精密度測定和偏倚試驗》、DL/T 1339—2014《火電廠煤炭破碎縮分聯(lián)合制樣設備性能試驗規(guī)程》)制定出全自動制樣機性能試驗方案，從而通過性能試驗的方法得出數(shù)據(jù)，判定制樣機的精密度與系統(tǒng)偏倚是否符合要求，用以指導火電廠煤炭質(zhì)量管理人員、制樣機廠商及煤炭供應商正確、客觀地評價全自動制樣機的精密度和系統(tǒng)偏倚［4］。

2 全自動制樣機工作原理與制樣流程概述

本課題研究的全自動制樣機系統(tǒng)為5E－APSⅡ型全自動制樣機，其允許入料粒徑6～100 mm，采用三級破碎和四級縮分方式制樣。其中，三級破碎分別采用臥式環(huán)錘、對輥式和研磨式，破碎后的出料粒徑分別為6．0，3．0，0．2 mm，一、二級縮分采用旋轉斜管槽式縮分器，三、四級縮分采用圓錐式二分器。該全自動制樣機制樣流程如圖1所示。

3 性能試驗方案主要內(nèi)容及實施步驟

為準確、全面地評定本課題所研究全自動制樣機系統(tǒng)的性能是否滿足國家及行業(yè)標準要求，制定的試驗方案包括對該全自動制樣機系統(tǒng)進行制樣精密度試驗、灰分偏倚試驗、全水分偏倚試驗、出料粒度試驗、質(zhì)量穩(wěn)定性試驗、制粉收集率試驗、制樣效率試驗及干燥溫度試驗。

圖1 全自動制樣機工作流程Fig．1 Work flow of automatic sampling machine

上述試驗的主要依據(jù)分別為:GB 474—2008《煤樣的制備方法》、GB 475—2008《商品煤樣人工采取方法》、GB/T 19494—2004《煤炭機械化采樣》、GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》、GB/T 211—2007《煤中全水分的測定方法》、GB/T 30732—2014《煤的工業(yè)分析方法 儀器法》、DL/T 1339—2014《火電廠煤炭破碎縮分聯(lián)合制樣設備性能試驗規(guī)程》。

3．1 制樣精密度試驗內(nèi)容及步驟

3．1．1 制樣

分別稱取粒度≤13 mm 的煤樣 15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 kg 各 2 份，共 20 份。每份煤樣經(jīng)煤炭制樣系統(tǒng)制樣得到一般分析試驗煤樣(標記L3)，收集除一般分析試驗煤樣外的全部煤樣，將全部煤樣合并再次經(jīng)煤炭制樣系統(tǒng)得到一般分析試驗煤樣(標記L4)。

3．1．2 化驗

樣品需化驗的項目包括灰分(Aad)和水分(Mad)，由煤檢中心化驗員按照GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》或GB/T 30732—2014《煤的工業(yè)分析方法 儀器法》進行化驗。

3．1．3 結果統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)按照GB/T 19494．3—2004《煤炭機械化采樣 第3部分:精密度測定和偏倚試驗》進行統(tǒng)計，按式(1)計算各對結果差值的標準差。

式中:s為標準差;di為雙份試樣測定結果絕對差值;n為雙份試樣對數(shù)，n=10。

根據(jù)GB 474—2008《煤樣的制備方法》，制樣和化驗方差目標值VPT0為 0．05P2L，PL為采制化總精密度。對于該試驗煤種，PL=1/10 Ad(該煤種干燥基灰分)，且最大不能超過1．60%。

將標準差s與方差目標值VPT0進行比較，如果，則可認為制樣和化驗精密度符合要求;如果，則可認為精密度優(yōu)于目標值;如果，則可認為精密度達不到目標值。

如果連續(xù)2組10對雙份試樣的標準差都落在目標范圍內(nèi)或優(yōu)于目標值，才能認可制樣和化驗精密度符合要求。

3．2 灰分偏倚試驗內(nèi)容及步驟

3．2．1 制樣

分別稱取粒度≤13 mm 的煤樣 15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80 kg 各 2 份，共 28份。每份煤樣通過煤炭制樣系統(tǒng)，收集各級出料并編號，按樣品收集先后順序依次為:一級縮分棄樣(Q1)、全水分樣(M)、二級縮分棄樣(Q2)、3 mm 存查樣(B)、沖洗樣1(Q3)、留樣1(L1)、留樣2(L2)，共7個樣品，分別稱重并記錄。

制樣按照GB 474—2008《煤樣的制備方法》的規(guī)定在現(xiàn)場制樣室進行初制備。

3．2．2 化驗

樣品需化驗的項目包括灰分(Aad)和水分(Mad)，由煤檢中心化驗員按照GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》或GB/T 30732—2014《煤的工業(yè)分析方法 儀器法》進行化驗。

3．2．3 結果統(tǒng)計

干燥基灰分(Ad)試驗數(shù)據(jù)按照GB/T 19494．3—2004《煤炭機械化采樣第3部分:精密度測定和偏倚試驗》進行統(tǒng)計。

灰分偏倚試驗中，灰分參比值以制樣各階段產(chǎn)生的棄樣和留樣按質(zhì)量比加權平均得到，即

式中:Adc為灰分參比樣(干燥基);m為樣品質(zhì)量;n為樣品收集順序號;Ad為樣品灰分(干燥基)。

經(jīng)確定該全自動制樣機最大允許偏倚B=0．40%，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的實際灰分偏倚記為B'。如果B'≤B，則該全自動制樣機不存在灰分實質(zhì)性偏倚;如果B'＞B，則該全自動制樣機存在大于B的灰分實質(zhì)性偏倚。

3．3 全水分偏倚試驗內(nèi)容及步驟

3．3．1 制樣

稱取粒度≤13mm的煤樣約60kg，用13mm二分器分成2份，一份經(jīng)煤炭制樣系統(tǒng)進行制樣，收取該煤炭制樣系統(tǒng)的全水分樣品并編號，另一份用無明顯水分損失的破碎機破碎煤樣，并按GB 474—2008《煤樣的制備方法》規(guī)定的方法迅速抽取全水分試樣作為全水分參比樣。重復以上過程至完成25份為止。

3．3．2 化驗

全水分測定由質(zhì)檢中心化驗室使用實驗室設備按照GB/T 211—2007《煤中全水分測定方法》進行。

3．3．3 結果統(tǒng)計

全水分試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計按GB/T 19494．3—2004《煤炭機械化采樣第3部分:精密度測定和偏倚試驗》進行統(tǒng)計。

經(jīng)確定該全自動制樣機最大允許偏倚B=0．40%，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的實際全水分偏倚記為B'。如果 B'≤B，則該全自動制樣機不存在全水分實質(zhì)性偏倚;如果 B'＞B，則該全自動制樣機存在大于B的全水分實質(zhì)性偏倚。

3．4 出料粒度試驗

經(jīng)制樣機制樣后，對最終留樣、存查煤樣和全水分試樣進行篩分試驗，至少各進行3個煤樣的測定，最終留樣粒度應小于0．2 mm，存查煤樣粒度應小于3．0 mm，全水分試樣粒度應小于 6．0 mm(6．0 mm 方孔篩篩上物質(zhì)量應不超過煤樣總質(zhì)量的5%)。

3．5 質(zhì)量穩(wěn)定性試驗

灰分偏倚試驗時稱量各級出料質(zhì)量并記錄，對質(zhì)量結果進行統(tǒng)計分析。全水分樣質(zhì)量均應大于1．25 kg，存查樣質(zhì)量均應大于700 g，留樣質(zhì)量均應大于60 g。

3．6 制粉收集率試驗

在煤樣達到干燥狀態(tài)后，取出并稱重，質(zhì)量記為m1，稱重后放回烘干器，煤樣進入制粉階段;煤樣經(jīng)制粉后收集清洗樣和留樣并稱重，質(zhì)量記為m2;制粉收集率用C表示，則C=m2/m1×100%。

3．7 制樣效率試驗

稱取標稱最大粒度為13 mm、質(zhì)量為20～60 kg的煤樣10個，分別通過全自動制樣系統(tǒng)，記錄各煤樣的入樣及各留樣的出樣時間，計算出10個煤樣的制樣總時間及平均時間。

3．8 干燥溫度試驗

隨機抽取試驗過程中的5個煤樣作為試驗對象，試驗前將標準熱電偶分別固定于干燥區(qū)。煤樣進入干燥箱時開始計時，煤樣離開干燥箱時停止計時，每隔30s讀取一次數(shù)字溫度表中示數(shù)并記錄，檢查數(shù)據(jù)是否滿足GB 474—2008《煤樣的制備方法》。

4 試驗方案的實施與結論

在本課題中，對上述8項單項試驗均按照試驗步驟和分析方法逐一實施。通過試驗的實施過程，驗證上述試驗方案具有較好的操作性，便于實施，同時具有較好的可追溯性，利于復查驗證試驗過程是否科學。受篇幅所限，不詳細列舉各項試驗的過程記錄和結果，在此簡述本課題所研究的全自動制樣機性能試驗綜合評定如下。

(1)試驗所用煤為煙煤，標稱最大粒度約13 mm;偏倚試驗用煤干燥基灰分約16．00%;全水分約16．00%;精密度試驗用煤干燥基灰分約19．00%。全自動制樣機系統(tǒng)留樣1灰分偏倚相對于最大允許偏倚(B，干燥基灰分)為0．40%，全自動制樣機系統(tǒng)留樣1不存在灰分實質(zhì)性偏倚(對于該試驗煤種，全自動制樣機系統(tǒng)留樣1存在的最大灰分(干燥基)偏倚在95%的概率下為0．37%)。

(2)全自動制樣機系統(tǒng)整機采取樣品灰分與參比樣品差值的平均值(d)為－0．271 2%，該全自動制樣機系統(tǒng)存在大于0且小于B的灰分偏倚。

(3)全自動制樣機系統(tǒng)制備樣品全水分與參比樣品差值的平均值(d)為－0．284 0%，該全自動制樣機系統(tǒng)存在大于0且小于B的全水分偏倚。

(4)該全自動制樣機系統(tǒng)留樣1的制樣和化驗精密度優(yōu)于預期(標準)要求。

(5)該全自動制樣機系統(tǒng)出料粒度試驗，最終留樣、存查煤樣和全水分試樣均符合要求。

(6)該全自動制樣機系統(tǒng)質(zhì)量穩(wěn)定性，試驗結果均符合要求。

(7)該全自動制樣機系統(tǒng)制粉收集率為99．6%。

(8)該全自動制樣機系統(tǒng)制樣效率試驗10個煤樣的制樣總時間(第1個樣品制樣時間為140 min，之后20min/個)為320min，平均時間為32min。

(9)該全自動制樣機系統(tǒng)干燥溫度試驗滿足GB 474—2008《煤樣的制備方法》中溫度的要求。

綜合上述結論及其他試驗結果，本課題所研究的5E－APSⅡ型全自動制樣機各項性能滿足相關國標要求。

5 結束語

全自動制樣機因系統(tǒng)龐大復雜，設備生產(chǎn)及安裝調(diào)試的周期均較長。若現(xiàn)場安裝調(diào)試不到位，會導致設備無法在標準規(guī)范要求下運行，從而無法保證制樣的代表性。本課題研究的性能試驗方法能為燃煤質(zhì)檢管理人員提供客觀的評價方法，有助于燃料質(zhì)檢管理人員正確掌握煤炭品質(zhì)信息，為火電廠的生產(chǎn)、運營提供具有實用價值的正確信息。

但本課題研究的對象比較單一，未能研究其他品牌的全自動制樣機，可能對其他型號的全自動制樣機性能評定存在部分不適用，希望本文所論述的試驗方法能對其他電廠的燃煤質(zhì)檢管理人員有所幫助。