煤樣分層式干燥機性能試驗研究

李敬亞，周 磊，陳志強，周樹光

（長沙開元儀器有限公司，湖南長沙 410100）

0 前言

煤樣制備是煤質分析中最重要的環節[1]，煤樣制備一般包括破碎、縮分、混合、篩分、干燥等工序[2]，其中煤樣的干燥是尤為關鍵的工序。

煤樣干燥是去除煤中大量的水分，其主要目的是煤樣可以順利通過破碎機和縮分設備等[3]。

GB/T 474[4]及 GB/T19494.2[5]中，煤樣干燥可用溫度不超過50℃，帶空氣循環裝置的干燥室或干燥箱進行。標準給出了不同環境溫度下的干燥時間，見表1。

表1 不同環境溫度下的干燥時間

由表1可知，按國標方法完成煤樣干燥，干燥時間較長。干燥時間較長，導致制樣時間較長，制樣效率較低。

為提高干燥效率，設計了一種分層式干燥機，結構示意圖如圖1，干燥機主要由干燥箱、干燥載體、倉門和熱風發生器組成。其工作原理為：干燥前倉門關閉，將煤樣布置在分層式干燥載體上，熱風發生器產生的熱空氣與煤樣進行熱量交換和濕度傳導，并將水分帶出干燥機，干燥后倉門打開，干燥載體翻轉完成煤樣出料。

圖1 分層式干燥機結構示意圖

為檢驗分層式干燥機是否可用于煤樣的制備過程，完成煤樣的干燥，對其開展了性能試驗研究。

1 目的

試驗研究分層式干燥機的如下性能：

1）檢驗分層式干燥機的煤樣損失率LS。

2）以恒溫干燥箱作為國標方法，對比分層式干燥機與恒溫干燥箱的干燥效率η，檢驗分層式干燥機是否干燥效率更高。

3）以分層式干燥機作為設備方法，恒溫干燥箱作為國標方法，針對灰分指標，檢驗設備方法與國標方法的可替代性[6]。

2 煤樣

煤樣粒度為3mm，并全部通過3mm圓孔篩，干基灰分約33%。

3 煤樣損失試驗

煤樣損失為煤樣在布料、干燥、出料等這個過程中，由于揚塵、被風力帶走、殘留等導致的煤樣質量損失。計算煤樣損失，應該計算進出干燥設備時煤樣的質量差。所以，已有的研究中，將干燥過程兩次恒重質量差[7]，作為煤樣損失的計算方法不全面。

3.1 試驗步驟

3.1.1 試樣準備

取3mm煤樣約1.2kg，按GB/T 474的方法完成干燥。按此方式，完成10個樣品的干燥。

3.1.2 損失試驗

取干燥后樣品，稱取重量mI；將樣品布置在分層式干燥機上，按流程完成干燥，干燥過程熱風發生裝置只吹風不加熱，干燥完成后，稱取重量mO。

3.1.3 計算物料損失

按公式（1），計算物料損失率LS。

3.2 結果分析

試驗結果如表1。

表1 煤樣損失試驗結果

由表1可知，干燥前后樣品平均重量損失為1.8g，平均損失率為0.14%。

4 干燥效率試驗

煤樣干燥效率是指單位時間內，去除煤樣中的水分量。試驗以恒溫干燥箱作為國標方法，對比分層式干燥機與國標方法的干燥效率。

試驗將干燥前后，煤樣的質量差作為干燥去除水分的質量。對于分層式干燥機，由于其煤樣損失率為0.14%，所以在計算干燥效率時，不應將煤樣損失計入去除水分質量中[8]；對于國標方法，干燥過程幾乎不存在煤樣損失，忽略不計。

4.1 試驗步驟

4.1.1 試樣準備

取3mm煤樣約20kg，用3mm二分器，按GB/T 474的混勻后，稱取1kg左右煤樣，編號為F1-F10，共取10份；稱取與F1-F10相同質量的煤樣，編號為H1-H10。

4.1.2 試樣干燥

將編號為F的試樣，依次分布在分層式干燥機上，按流程完成干燥，干燥溫度為50℃，干燥時間0.5h。

將編號為H的試樣，按GB/T 474的方法完成干燥，干燥溫度為50℃，干燥時間1h。

記錄干燥前試樣質量m1，干燥后試樣質量m0，干燥時間t。

4.1.3 計算干燥效率對于分層式干燥機，按公式（2）計算干燥效率η。

對于國標方法（恒溫干燥箱），按公式（3）計算干燥效率η。

4.2 結果分析

試驗結果如表2。

表2 干燥效率試驗結果

國標方法H1 1005.0 986.0 1/50 19.0 H2 981.0 969.0 1/50 12.0 H3 1005.0 993.5 1/50 11.5 H4 983.0 968.5 1/50 14.5 H5 986.0 971.5 1/50 14.5 H6 981.0 960.5 1/50 20.5 H7 1029.0 1014.5 1/50 14.5 H8 1065.0 1053.0 1/50 12.0 H9 1109.0 1088.0 1/50 21.0 H10 1078.0 1058.0 1/50 20.0平均值 16.0

根據表2的試驗數據，對比分層式干燥機與恒溫干燥箱的干燥效率，如圖2。

由圖2可知，分層式干燥機干燥效率明顯大于恒溫干燥箱，即相比于國標方法，分層式干燥機干燥效率更高。

圖2 分層式干燥機與恒溫干燥箱干燥效率對比

5 可替代性試驗

5.1 試驗流程

5.2 試驗步驟

5.2.1 試樣準備

取3mm煤樣，按GB/T 474中二分器法混勻，混勻后使用3mm二分器將煤樣縮分為兩份，分別編號A和C，構成一個試樣對。

按上述方法完成10個試樣對，分別編號A1、C1；A2、C2；…A10、C10。

5.2.2 試樣制備

將所有煤樣按GB/T 474方法制備一般分析試驗煤樣，并做好封裝標識。

5.2.3 試樣化驗

將一般分析試樣 A1～A10，C1～C10送化驗室，按GB/T 212[9]方法測試煤樣干基灰分。

5.3 灰分可替代性分析

試驗數據見表3。

表3 灰分可替代性分析數據

5.3.1 準確度分析

根據表3中的試驗結果，按GB/T 18510[10]中與國家標準方法比較的方法B進行可替代性檢驗。

計算統計量t。

式中：n為試驗對數，個。

查GB/T18510中表2得，自由度為9時，tt=2.262。

計算差值d在95%概率下的置信區間

查GB/T 212表2，當灰分質量分數＞30.00%時，灰分測定的再現性臨界差Ad為0.70%。置信區間[-0.48，0.46]在[-0.70，0.70]的區間內，符合要求。

所以，設備方法與國標方法的準確度無顯著性差異。

5.3.2 灰分精密度分析

表3中，重復測定偏差Wi為每個方法制備的第i個煤樣重復測定結果間的差值。

由表2中試驗結果，計算設備方法的重復測定方差。

計算國標方法的重復測定方差。

計算統計量F：

查GB/T18510中表3得，自由度為9時，Ft=3.18。

所以，設備方法的精密度不比國標方法的精密度差。

綜合設備方法與國標方法的準確度和精密度分析結果，可知：對于灰分指標，設備方法可以替代國標方法。

6 結論與建議

1）對分層式干燥機進行了煤樣損失試驗，試驗結果為煤樣損失率為0.14%。

2）以恒溫干燥箱作為國標方法，開展了分層式干燥機與國標方法的干燥效率試驗，試驗結果為分層式干燥機干燥效率明顯大于恒溫干燥箱，即相比于國標方法，分層式干燥機干燥效率更高。

3）以分層式干燥機作為設備方法，恒溫干燥箱作為國標方法，開展了可替代性試驗，試驗的結果為：對于灰分指標，設備方法可以替代國標方法。

4）根據以上試驗結果，分層式干燥機可以用于商品煤樣的制備過程。

5）可替代性試驗分析了灰分指標，如有必要，建議進一步開展其他指標的試驗研究。