立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備的特點(diǎn)及應(yīng)用

鮑 培，周 敬

（河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，河北石家莊 050000）

0 引言

散煤燃燒是治理大氣污染需要重點(diǎn)管控的突出問(wèn)題，河北省《劣質(zhì)散煤質(zhì)量管控專項(xiàng)實(shí)施方案》明確要求“強(qiáng)化煤炭生產(chǎn)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)管”“嚴(yán)厲打擊生產(chǎn)、運(yùn)輸不合格煤炭的行為，實(shí)現(xiàn)煤炭質(zhì)量的明顯好轉(zhuǎn)”。目前國(guó)內(nèi)散煤制樣需要經(jīng)過(guò)樣品破碎、縮分、干燥、制粉、分裝等5 個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)室制樣方式普遍采用錘式破碎機(jī)破碎、二分器或手動(dòng)縮分、鼓風(fēng)干燥箱干燥，一般樣品的制樣時(shí)間約5 h，特殊樣品8～10 h，制樣周期較長(zhǎng)，難以滿足目前對(duì)散煤質(zhì)量監(jiān)管的需求。

1 實(shí)驗(yàn)室煤樣制備的方法與特點(diǎn)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 474—2008《煤樣的制備方法》的要求，煤樣制樣實(shí)驗(yàn)室應(yīng)不受外來(lái)灰塵的影響，要有除塵裝置。實(shí)驗(yàn)室地面應(yīng)為水泥地面，堆摻縮分區(qū)還要在水泥地面上鋪以厚度不低于6 mm 的鋼板。而實(shí)驗(yàn)室制樣設(shè)備需要包括破碎機(jī)、密封式研磨機(jī)和精密度符合要求的各種縮分機(jī)和聯(lián)合破碎縮分機(jī)等，以及振篩機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)篩、鼓風(fēng)干燥箱等相關(guān)設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)室制樣的整體流程為：破碎至25 mm→縮分40 kg→破碎至13 mm→縮分15 kg→空氣干燥→破碎至6 mm（全水分煤樣）→破碎至3 mm→縮分700 g→破碎至0.2 mm→獲得樣品60～300 g。實(shí)驗(yàn)室煤樣制備方式利用常規(guī)制樣設(shè)備完成樣品制備，對(duì)實(shí)驗(yàn)室面積和環(huán)境有相對(duì)嚴(yán)格的要求。

2 立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備的功能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目重點(diǎn)研究在散煤智能快速取樣站基礎(chǔ)上的散煤快速制樣設(shè)備，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)手段的改善和創(chuàng)新，采用新型的機(jī)械模式大大提高散煤制樣的速度，實(shí)現(xiàn)散煤的快速取樣、快速制樣一體化，推進(jìn)散煤快速檢測(cè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)。本制樣設(shè)備采用垂直立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，樣品制樣程序在一個(gè)垂直流程內(nèi)完成（圖1）。

2.1 樣品制備的功能實(shí)現(xiàn)

本整體設(shè)備由8 個(gè)結(jié)構(gòu)模塊配合而成，樣品制備的實(shí)現(xiàn)流程為：初級(jí)破碎→初級(jí)縮分→二級(jí)破碎→二級(jí)縮分→樣品制粉→三級(jí)縮分→分離雜質(zhì)以及風(fēng)干模塊和傳動(dòng)系統(tǒng)（圖1）。

圖1 立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備的工作流程

2.2 功能模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）初級(jí)破碎。采用交叉齒式對(duì)輥進(jìn)行初級(jí)破碎，對(duì)輥采用高強(qiáng)度鋼制材料：對(duì)輥破碎較錘式破碎能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單化，減少破碎式的振動(dòng)；交叉齒螺旋式分布方式在進(jìn)樣時(shí)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)咬合樣品，以提升大塊樣品的進(jìn)樣效率；對(duì)輥采用異步傳動(dòng)，對(duì)散煤樣塊增加剪切方向的用力，提升破碎效率；利用交叉齒之間、交叉齒和設(shè)備內(nèi)壁之間的間隙控制初步破碎的樣品粒度，初級(jí)破碎樣品粒度控制在6 mm 以內(nèi)。

（2）初級(jí)縮分及備樣分離。利用水平均布四分器的方式對(duì)樣品進(jìn)行初級(jí)縮分，中間1/4 的樣品作為檢驗(yàn)樣品進(jìn)入下一步二級(jí)粉碎流程，左側(cè)2/4 的樣品作為縮分肥料進(jìn)入肥料桶，最右側(cè)1/4 作為備樣進(jìn)入備樣桶，實(shí)現(xiàn)初步縮分及備樣分離。

（3）二級(jí)破碎與縮分。二級(jí)破碎采用與初級(jí)破碎相同原理，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)輥采用異步轉(zhuǎn)速，保證破碎效果。交叉齒之間、交叉齒和設(shè)備內(nèi)壁之間的間隙控制在3 mm，二級(jí)破碎樣品粒度控制在3 mm 以內(nèi)。二級(jí)縮分采用二分器原理縮分，1/2 進(jìn)入下一制樣流程、1/2 進(jìn)入廢樣桶。

（4）制粉及三級(jí)縮分。制粉采用粗糙面對(duì)輥磨粉，雙輥異步轉(zhuǎn)動(dòng)，輥間距控制在0.2 mm，制粉后樣品粒度在0.2 mm 以內(nèi)。三級(jí)縮分采用二分器原理縮分，1/2 進(jìn)入下一制樣流程、1/2 進(jìn)入廢樣桶。

（5）樣品分離與收集。在制樣的整個(gè)流程中，立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備實(shí)現(xiàn)了3 次樣品縮分，充分實(shí)現(xiàn)了制樣樣品取樣的均勻性和代表性：在初級(jí)縮分中分離備樣；三級(jí)縮分后收集檢樣；二級(jí)縮分、三級(jí)縮分、雜質(zhì)分離模塊分離廢樣。

3 立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備的理論依據(jù)

按照GB/T 474—2008 的要求，試驗(yàn)煤樣包括水分測(cè)定試樣、一般分析試驗(yàn)煤樣和存查煤樣。其中，水分測(cè)定試樣可以采用粒度不大于13 mm 或粒度不大于6 mm 的兩種試樣；一般分析試驗(yàn)煤樣粒度應(yīng)不大于0.2 mm，試驗(yàn)質(zhì)量在60～300 g；在原始煤樣制備的同時(shí)需要存查煤樣，用相同的程序于一定的制樣階段分散，一般可以標(biāo)稱最大粒度為3 mm 的煤樣700 g 作為存查煤樣。

按照GB/T 474—2008，全水分測(cè)定煤樣既可由水分專用煤樣制備，也可在共用煤樣制備過(guò)程中分散。全水分測(cè)定煤樣：當(dāng)試樣量和粒度過(guò)大時(shí)，可以在破碎到13 mm 前增加一個(gè)制樣階段；當(dāng)實(shí)樣水分較低而且使用沒(méi)有實(shí)質(zhì)性偏倚的破碎縮分機(jī)械時(shí)，可以一次破碎到6 mm，然后縮分到1.25 kg。一般分析試驗(yàn)煤樣應(yīng)滿足一般物理化學(xué)特性參數(shù)測(cè)定有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，通常分2～3個(gè)階段進(jìn)行，每階段由干燥（需要時(shí)）、破碎、混合（需要時(shí)）和縮分構(gòu)成。必要時(shí)可根據(jù)具體情況增加或減少縮分階段。為方便采樣，多數(shù)情況下采取全水分測(cè)定和一般分析實(shí)驗(yàn)用的共用煤樣。

立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備參照GB/T 474—2008 要求，研究設(shè)計(jì)、制造出滿足試驗(yàn)煤樣要求，可以同時(shí)制備6 mm 粒度全水分試驗(yàn)煤樣、3 mm 粒度存查備樣和0.2 mm 粒度的一般分析試驗(yàn)煤樣，不僅提升實(shí)驗(yàn)室散煤制樣效率，還可以滿足散煤監(jiān)管特別是運(yùn)輸領(lǐng)域散煤質(zhì)量監(jiān)管的要求，實(shí)現(xiàn)散煤的快速取樣、快速制樣一體化，推進(jìn)散煤快速檢測(cè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)。

4 立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備的特點(diǎn)與指標(biāo)

隨著國(guó)家大氣污染治理工作的深化，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)制備速度難以滿足監(jiān)管工作的需求，研發(fā)散煤快速檢測(cè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室勢(shì)在必行。立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備研發(fā)項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)散煤樣品的快速制備，將散煤制樣系統(tǒng)的設(shè)備輕便化、場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單化，實(shí)現(xiàn)散煤制樣過(guò)程中快速制備、效果合理、功能完善、結(jié)構(gòu)輕便、功能延伸等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化。

4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）整體采用立式結(jié)構(gòu)，充分利用樣品下落的自然狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)散煤制樣的系統(tǒng)集成化，大大減少樣品的搬運(yùn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了散煤制樣設(shè)備的新模式。

（2）散煤粉碎采用交叉齒對(duì)輥方式，充分保證了散煤樣品的粉碎效果，在煤炭制樣領(lǐng)域首次采用交叉齒對(duì)輥。目前散煤制樣粉碎主要是錘擊式，設(shè)備整機(jī)較為笨重，而交叉齒對(duì)輥在粉碎過(guò)程中增加了樣品的受力，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，大大降低了振動(dòng)和粉塵。

（3）散煤粉碎對(duì)輥采用異步運(yùn)行，在粉碎過(guò)程中增加了橫向剪切力，樣品除了受到雙輥擠壓力之外，還增加了橫向剪切力和研磨效果，這樣在粉碎過(guò)程中樣品會(huì)受到雙重作用力，有利于充分粉碎。

（4）散煤干燥采用全過(guò)程風(fēng)干，充分提升了樣品風(fēng)干效果：一是設(shè)備的兩側(cè)設(shè)計(jì)為碳纖維加熱板，樣品的整個(gè)制備過(guò)程在較高溫度環(huán)境下進(jìn)行；二是設(shè)備低端設(shè)計(jì)熱鼓風(fēng)，與樣品的制備對(duì)向鼓風(fēng)，提升樣品的干燥效果。

4.2 技術(shù)指標(biāo)

本研發(fā)項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)散煤樣品的快速制備，達(dá)到實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)對(duì)散煤樣品的要求，將散煤制樣系統(tǒng)的設(shè)備輕便化、場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單化。

（1）快速制備：立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備利用對(duì)輥破碎、自動(dòng)縮分、風(fēng)透干燥的方式提升了制樣速度，將原來(lái)實(shí)驗(yàn)室散煤樣品制備時(shí)間由5～8 h 縮短至10～20 min，實(shí)現(xiàn)散煤樣品的快速制備。

（2）效果合理：立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備按照煤炭產(chǎn)品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)研制，制備樣品的最終粒度在0.2 mm 以內(nèi)，滿足散煤檢驗(yàn)對(duì)樣品的要求。

（3）功能完善：本設(shè)備參照實(shí)驗(yàn)室制樣的流程要求，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，樣品制備的過(guò)程包括初步破碎、初步縮分、二次破碎、二次縮分、樣品風(fēng)干、雜質(zhì)分離、備樣留存、廢樣收集等多項(xiàng)功能。

（4）輕捷簡(jiǎn)便：立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備將目前實(shí)驗(yàn)室的破碎制樣機(jī)、鼓風(fēng)干燥箱、二分器、制粉機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)篩等設(shè)備的功能進(jìn)行了整合，將樣品的破碎、縮分、干燥、制粉功能融于一體，最大限度提升設(shè)備的輕便程度，降低樣品制備對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的要求。

（5）功能延伸：本設(shè)備能夠獨(dú)立作為制樣設(shè)備使用，同時(shí)也能與散煤智能快速取樣站進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)取樣、制樣功能一體化，延伸功能。

5 立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備的推廣與發(fā)展

本設(shè)備在散煤質(zhì)量監(jiān)管方面作用突出，社會(huì)效益顯著，主要有以下3 個(gè)：

（1）解決了散煤制樣時(shí)間長(zhǎng)的難題，解決了散煤質(zhì)量監(jiān)管與運(yùn)輸行業(yè)的矛盾，在散煤監(jiān)管的工作中實(shí)現(xiàn)了政府質(zhì)量監(jiān)管機(jī)構(gòu)和運(yùn)輸機(jī)構(gòu)融合。

（2）與前期的快速取樣站配套使用，更有利于快速取制樣設(shè)備的推廣，將大大提升散煤的質(zhì)量，提升人們的生活質(zhì)量，減少散煤燃燒產(chǎn)生的大氣污染物，為全省乃至全國(guó)的大氣污染質(zhì)量工作提供技術(shù)保障。

（3）開(kāi)創(chuàng)了散煤監(jiān)管的新方式，為其他產(chǎn)品的監(jiān)管方式提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

立式對(duì)輥散煤快速制樣設(shè)備是在國(guó)家大氣污染治理工作深化，為滿足省界在運(yùn)散煤質(zhì)量監(jiān)管工作需求，實(shí)現(xiàn)散煤樣品的快速制備，實(shí)現(xiàn)散煤制樣系統(tǒng)的設(shè)備輕便化、場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單化，同時(shí)能夠達(dá)到快速制備、功能齊全、效果合理，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣品制備要求而專項(xiàng)研發(fā)的快速制樣設(shè)備。該設(shè)備整體采用立式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了散煤制樣的系統(tǒng)集成化，減少了占用空間、降低了搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度；相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室錘式破碎機(jī)，降低了制樣過(guò)程中的振動(dòng)，有效減少粉塵；同時(shí)三級(jí)破碎過(guò)程采用可調(diào)、可拆卸方式，能夠最大限度減少混樣品的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)大大提升制樣效率。