煤炭制樣機應用中的問題

邵雅靜

（神華銷售集團有限公司天津分公司，天津 300457）

0 引言

從整批煤炭中抽取一部分煤樣進行結合了物理、化學性質的檢驗分析，這就是煤炭制樣過程。目前有專門的煤炭制樣機可應用于該技術環節中。煤炭制樣機可減少傳統煤炭制樣過程中產生的誤差，同時降低生產勞動強度，體現出較高的煤炭制樣精度。目前，專業領域更加關注煤炭制樣機的生產應用相關問題。

1 我國煤炭制樣技術應用發展現狀

我國煤炭機械化采制過程中對各項技術應用已經相當成熟，例如，大型煤礦企業、港口、火電廠等工業生產領域都會應用到煤炭制樣機。在應用過程中，考慮到煤炭制樣機本身體型偏大且操作復雜，不具備實現全面自動化的生產過程，難以滿足企業生產需求。更為關鍵的是，煤炭制樣機在制樣過程中容易出現各種偏差，偏差率最高可達到80%以上。這主要是因為煤炭本身成分構成相對復雜，且顆粒形成條件、密度、大小等均有所不同，導致煤炭的物理化學特征難以捉摸，由此所實施的煤炭制樣過程容易出現偏差。當前國內許多煤炭生產工業企業也會嚴格遵守國際標準化組織ISO 相關標準與商品煤采樣方法，確保制樣煤炭在數量與質量上都能實現有效調整優化。

對于煤炭質量分析而言，采樣與制樣是最主要過程，特別是制樣中要生產制造最具有代表性的檢驗樣品，如此方可保證最終的檢驗結果準確到位。相比于傳統手工制樣，目前大型煤炭制樣機在制樣方面更為精確到位，其所制作的樣品代表性更強。具體來講，目前我國的機械化煤炭采樣存在3 個技術標準，分別為國際標準化組織ISO 標準、我國《煤炭機械化采樣》GB 標準，以及美國試驗與材料協會《煤的總樣標準采集方法》標準。

2 我國煤炭機械化制樣機的工作原理與設備參數分析

2.1 基本工作原理

我國煤炭機械化制樣機系統擁有相對復雜的設計原理，包括了一級采樣、二級縮分、一級破碎、樣品收集以及制樣功能。制樣機配合輔助設備可組建形成一個完整的制樣系統，在一定時間內可完成針對一個子樣的完整煤樣制備過程。

2.2 設備運行特點

在煤炭制樣機中擁有縮分機子設備，但是它的縮分能力相對偏低，一臺縮分機一次只能完成一次縮分。因此需要在制樣機中采用2 臺甚至多臺縮分機進行縮分處理，最終明確樣品縮分重量。不過，煤炭制樣機本身體積就偏大，加之大量縮分機應用可能會形成輔助設備數量過多的局面，占用較大空間且工藝流程變長，不利于精簡化生產過程。另外，大量使用縮分機帶來的另一不利后果就是煤炭制樣過程中煤炭的水分散失量變大，嚴重影響煤炭品質檢驗準確性。另外，設備成本過高也會導致安裝維修量增大[1]。

2.3 設備運行參數分析

目前比較流行的大型聯合煤炭制樣機可將制樣機組中的全部生產過程壓縮到一臺組合設備上，以便于維修管理。它所采用的機組類型被稱之為“積木式機組”，因為機組本身非常容易拆分分解。以下具體介紹它的生產工藝流程。

2.3.1 大型聯合煤炭制樣機的基本概況

大型聯合煤炭制樣機在設備系統整體看來省略了多個技術系統環節，它的機組分布由一臺制樣機完成，輔助設備也相應減少，占用空間和占地面積整體看來更小，大幅減少了機房制作與不銹鋼溜槽制作過程，非常有利于煤炭制樣生產，其資金成本投入與維修保養投入都大幅減少。

在機組整體制造方面，主要采用單輥式破碎機結構，它可實現常規破碎與含料破碎兩種形式。在采集初級樣品過程中可做到不計量給料，皮帶機能夠為其提供均勻送料機制，且送料破碎速度較快（可在10 s 內完成煤炭樣品破碎）。在給料皮帶機上，煤樣會被整形拉長，然后進入制樣機組。整個機組采用圓盤、刮板式縮分模式，主要根據制樣量與精度要求劃分縮分等級，分別包括一級破碎與一級縮分機組[2]。

2.3.2 一級破碎與一級縮分機組的運行機制與相關參數

大型聯合煤炭制樣機中包含一級破碎與一級縮分兩大機組，機組要求采樣樣品單體重量為52 kg，機組專門設計了2 m帶寬寬度和5.8 m/s 帶速，同時擁有6000 t/h 的煤樣縮分流通率，以保證皮帶機順利快速送料。它的基本工作流程：首先將采集到的52 kg 煤炭樣品直接送到給料溜槽中再轉入破碎機，經過4 s 混養破碎后再排入縮分機，縮分后的煤樣中有大部分會經過棄料溜槽被排入煤樣收集器。在該過程中，縮分機的縮分比完全可調，主要是根據煤炭的制樣量要求對皮帶送料口大小進行調整，如此即可獲得不同的煤炭制樣縮分比[3]。

2.3.3 一級破碎與二級縮分機組的運行機制與相關參數

大型聯合煤炭制樣機也可對制樣精度要求較高的煤炭進行處理，因為傳統制樣設備中所制備煤樣量較大，且煤質均勻性表現較差，若采用一級縮分方法可能無法達到制樣精密度高要求。為提高煤炭制樣精度，必須減少煤炭的每一級縮分比，采用到一級破碎與二級縮分機組。

一級破碎與二級縮分機組擁有一級破碎、一級縮分機組相同的工作原理與工作結構框架。不同點在于這一套機組特別將2 個圓盤刮板式縮分機串聯到一起，且上下2 臺縮分機的刮板轉向完全相反。一般來說，二級縮分會將每一級縮分比減少至少1/2，可有效實現整個機組的煤炭制樣縮分比要求，以此獲得精度更高的最終煤炭制樣品。

在制樣過程中，制樣系統會保證做到樣品質量與整個子樣的平均質量完全相等，然后對煤樣進行充分破碎、混合，確保樣品質地均勻，再從中取出一部分相近樣品進行分析。大型聯合煤炭制樣機在破碎與縮分過程中具備混樣功能，它能夠提高最終制煤樣品的代表性[4]。

需要注意一點，水分也是煤炭制樣樣品中的一大重要指標。由于煤炭制樣本身工作流程較長，在制樣過程中必然存在大量的水分損失情況。大型聯合煤炭制樣機在制樣過程中能夠有效控制水分流失，保證制煤樣品代表性，因為它擁有一個水分損失控制系統，該系統組織結構相對簡單，投資較少，煤炭制樣效果良好，可構建新型煤炭制樣機組，解決上述水分及其他相關技術問題。就目前大型聯合煤炭制樣機的生產實踐效果來看，它相比于傳統煤炭制樣機組可節省生產成本超過50%，在生產方面，占地面積與空間都大幅減少，安裝簡單、維護更為方便，是目前煤炭生產中煤炭制樣技術過程的最理想選擇[5]。

3 煤炭機械化制樣機的應用實踐

大型聯合煤炭制樣機在采樣、制樣過程中，首先要明確初級采樣特定采樣頻率，它涉及到采樣過程中的輸送物料粒度（≤80 mm 為最佳），以及采樣流量（≤2100 t/h）。當樣品通過初級膠帶給料機被運送到破碎機后，可通過二級采樣獲得最終樣品，為煤炭制樣過程做好準備。另外，通過將收集樣品破碎到25 mm 左右后，用一級、二級縮分機組進行煤炭制樣，將52 kg煤炭樣品制樣形成25 kg，形成最終樣品，最后將最終煤炭制樣樣品放入密封樣品收集器，保存備用。

在煤炭制樣過程中，需要利用到煤炭質量分析設備，該設備可實現對煤炭煤質的在線分析，準確獲取煤炭的含灰量、含水量。確保對煤炭內部成分的有效平衡約束，提高煤炭采集工作效率與制樣效率。舉例來說，對采集的10 份煤炭樣品進行制樣試驗分析，10 份煤炭樣品中的灰分率均為30%，精密度約為3%。根據《煤炭機械化采樣》試驗方法檢驗發現，其煤炭制樣試驗結果估算值達到0.64，符合相關規定中的制樣方差要求。此時可提前準備兩份煤炭樣品，在測試過程中加入一定量水分，保證2 份樣品的全水分為13%和15%，經過試驗結果會發現，煤炭制樣最終樣品中，其全水分如果在13%以下時不會發生煤炭顆粒堵塞現象。另外根據試驗結果表明，如果可配合系統電控系統中的定位功能，就能實現對煤炭采樣數據參數的合理化顯示，及時發現煤炭制樣樣品中的數據偏差問題。例如，將煤炭制樣樣品放入二級系統中自動破碎，然后再進行試驗分析，其試驗結果存在煤樣粒度＞6 mm 的煤炭制樣樣品低于6%，表明樣品試驗合格[6]。

4 大型聯合煤炭制樣機的煤炭制樣案例分析

4.1 案例項目概述

某電廠為保證船舶化驗數據準確可靠，需要利用到大型聯合煤炭制樣機與普通錘式破碎機，制定一套“制樣對比方案”，目的是為找到在不同制樣方式背景下煤樣中全水分與熱值的變化規律，為指導后期化驗工作提供有力數據支持。該案例項目的試驗概況：對比數量為20 列車，平均溫度設定22.4 ℃，平均濕度設定為58.4%[7]。

4.2 試驗數據統計

此次試驗主要劃分為2 個階段，第一階段抽檢10 組煤樣，第二階段抽檢10 組煤樣，煤中分別為混1、混3、混4 以及神混5000。主要采取聯合制樣機分別對大型聯合煤炭制樣機、普通錘式破碎機進行對比分析，在對比試驗結束后進行相關數據統計，數據統計結果見表1。通過數據對比分析可以看出，工分、全硫、氫值的各項目干基差值存在高低浮動，浮動范圍相對偏小且結果存在無一致性指向，屬于正常試驗結果范圍內。其中全水分值與基低位發熱量差值相對偏大，具體分析結果如下。

表1 中有全水分Mt，它的全水分差值最大為0.9，最小為0，全水平均差值為0.5。它表示通過大型聯合煤炭制樣機制備的樣品全水分值高于普通錘式破碎機制備的樣品全水分值，且二者呈現出一致性表現。

表1 中存在基低位發熱量Qnet.ar，其熱值差值最大為-418.68 kJ（-100 大卡），最小為+12.56 kJ（+3 大卡），平均差值-171.66 kJ（-41 大卡）。即通過大型聯合煤炭制樣機制備的樣品發熱量，其熱值均低于普通錘式破碎機，且呈現出一致性表現。表1 中第5 組樣品全水分無差異，因此其熱值相差+3 屬于正常浮動范圍。

4.3 試驗結論

根據上述試驗及其數據對比分析可以了解到，大型聯合煤炭制樣機與普通錘式破碎機的全水分平均差值為0.5，熱差值為-171.66 kJ（-41 大卡）。大型聯合煤炭制樣機在全水值方面明顯高于普通錘式破碎機全水值，且呈現一致性表現，這也是造成熱值偏差的最主要原因。

表1 聯合制樣機與普通錘式破碎機對比結果 kJ

結合試驗結論進行分析可以了解到，大型聯合煤炭制樣機在全水樣制備時間與制備效率等方面要明顯優于普通錘式破碎機。它主要體現在對定比縮分樣量的減少上，由于縮分次數偏少且無過篩、無對輥破碎，因此這也在最大程度上減少了煤樣在空氣中的暴露時間，最大限度保持了煤樣樣品的真實水分含量。

如果是冬季空氣濕度最低值在10%狀態下，夏季雨季空氣最高值在70%以上時，其對全水分煤樣的影響更加直接。不過綜合來看，本次對比試驗結果只代表一段時期的結果變化，并不能代表全年結果變化。季節、環境、氣溫，以及空氣濕度變化都會影響全水分的偏差。

5 總結

整體看來，大型聯合煤炭制樣機在煤炭采樣、制樣等方面的表現效果相對良好，它可有效提高煤炭采樣與制樣的代表性，有效降低采樣過程中存在的人工消耗情況，同時也能減少人為原因導致的最終制樣樣品準確性問題，因此傳統煤炭制樣系統設備值得改造優化。考慮到煤炭產品本身黏性較大，濕度較高，特別容易出現顆粒堵料問題，因此在大型聯合煤炭制樣機應用過程中需要合理優化其制樣生產過程，做好對比試驗，保證煤炭最終制樣樣品質量到位。