基于智能技术的煤炭制样系统新型旋转缩分器的设计

闵 雄，兰勇波

（1.远光共创智能科技股份有限公司，广东珠海 519000；2.重庆恒泰发电有限公司，重庆 400000）

0 引言

自2014年兰州范坪电厂开创性地完成燃料智能化建设，实现“燃煤运输线，样品制备线，燃料生产线和业务信息流”的“三线一流”管理模式后。火力发电厂的燃料管理水平逐步走向自动化和智能化，不断成熟和普及。并向煤炭前端的矿方及周边的钢铁等企业延伸。随着这些燃料智能化系统不断地建设和投用。说明燃料智能化系统获得了广泛认可，全过程无人为干预，人样分离，取得了一定的管理成效和经济价值。

按照GB474-2008《煤样的制备方法》及GB/T19494.2-2004《煤炭机械化采样第2部分:煤样的制备》制备的煤样样品能否真实且正确地反映贸易煤炭的平均质量水平，对煤炭贸易关联方非常重要。很多发电企业也引入第三方检验化验力求公平、公正以避免不必要的贸易纠纷。煤样的采集、制样和化验是样品线的3个流转作业环节。在这三者之间，据统计由于采样和制样所造成的误差占总误差的80%［2］。降低因机械化采制样系统造成的误差尤为必要。而在整个燃料智能化系统建设中，特别是采制样系统中样品的制备环节十分重要。缩分器作为整个制样系统的关键设备，其缩分精度和代表性直接影响着制样系统的误差。

1 缩分器研发现状

缩分器是制样的最关键的程序，目的在于保证制样和化验精密度及灰分偏倚合规的前提下减少试样量。结构设计力求结构简洁，不堵煤，不残留，成本合适。2010年以前，国内的缩分器大都复制国外老旧设计，或直接引用国内GB474—2008《煤样的制备方法》、GB/T19494.2—2004《煤炭机械化采样第2部分:煤样的制备》等相关标准的简化图。目前在燃料智能化制样系统中，特别是第一级的定质量缩分，因每次制样的来料量会变化，大部分还是使用的横过皮带的刮板式或在煤流端部以离开煤流的间歇式缩分方式实现定质量缩分。缩分时，一般要求前端有整流装置，且在进行缩分切割时，存在脱离煤流的可能，容易造成偏差［1］。近几年，随着燃料智能化系统的推广建设，行业发展得到资金支持和人才的聚集。国内主流全自动制样机系统厂家所用的缩分器均为各自自主研发、生产，并拥有相关知识产权。基本上能实现制样系统定质量及定比缩分的需求。但设计方案上差异较大。各有优势，行业内暂无统一的设计。

2 新型旋转缩分器的设计

图1 缩分器结构示意图

基于行业现状需求，本文依据GB474-2008《煤样的制备方法》、GB/T19494.2—2004《煤炭机械化采样第2部分:煤样的制备》为设计依据，提出了一种全新的螺旋型旋转缩分器的设计思路和方案。并根据哈密顿原理，物料在沿斜面下落时，总是沿着所需时间最短的路径由较高的平面下落到相对较低的平面。将缩分器的入料口由原来的方形结构优化设计为带旋转布料器的方式，并最终形成圆环形煤流。设计中控制入料口直径，使入料口的直径和锥体下端直径保持一定比例，为提高布料的精度，建议落料点在锥体的1/3以上部分。

此缩分器结构设计主要分为3个部分，各部分具体结构设计如图1所示。

（1）外部及支撑结构。主要包括入料口1，留样口2，弃样口3，圆形外壳4，弃料刮板5及底板6。主要完成结构支撑及入料，留样和弃样的分流。

（2）切割口自动升降调节结构。主要包括切割口组件20（由切割板221，导向轴222，升降驱动板223，导向板224组成），切割口调节托板21，切割口调节升降轴22，升降同步带传动组件23，升降驱动电机24，螺母丝杆组件25，升降托板26，同步带传动组件27。主要完成切割口大小的自动调节和留样收集功能。

（3）内部主体旋转结构。主要包括布料器30，留样槽盒托板31，空心旋转轴32，留样槽盒33，空心旋转轴支撑座34，旋转同步带传动组件35，固定螺母36，连接件37。主要实现圆形外壳内的主体旋转。

缩分器具体工作原理如下：当从入料口连续来料时，煤样会先被旋转的布料器分散开来，形成环形样品流，设置在此的切割口组件20在环形煤流的下方匀速旋转，从而进行煤样切割。在煤流不断下降过程中，通过切割口进到留样槽盒的即为缩分后的保留样，保留样通过侧面留样口通道排出并被收集。其他未通过留样槽盒的则为弃料，所有弃料落到底板上，通过设置下面的弃料刮板5的旋转刮扫至底板的弃料口通道排出。留样和弃样通过两个通道分离，有效避免交叉污染的可能。

在来样重量未知的情况下，实现定质量缩分功能时需要依赖外部控制系统计算缩分比。在升降驱动电机24动作后，通过螺母丝杆组件25带动升降托板26上下移动。此时切割口调节升降轴22和升降驱动板223也同步上下移动，带动导向轴222在导向板224的滑曹里移动来控制同一个留样槽盒上两个切割板221的开合角度来调整切割口的大小，完成缩分比的确定。旋转同步带组件35通过电机驱动空心旋转轴32旋转。留样槽盒托板31固定在空心旋转轴32上，留样槽盒33固定在留样槽盒托板31上和空心旋转轴同步旋转。在来料重重已知的情况下，即作为定比缩分器使用时，只需要一次调试到需要位置即可。不必重复调整。

此缩分器在整个缩分的过程中，切割口全过程接触煤流，是一种不离开煤流的多切割口旋转切割方式。真正实现全煤流的连续切割，全断面切割，并形成3条螺旋切割轨迹并贯穿整个煤流。

3 扩展设计

当前端来样量较少时，为提高缩分比，获得更多的留样量，可以在上述结构设计的基础上更一步地优化设计。延长切割口调节升降轴22，增加一层包括3个切割口组件20及留样槽盒33的机构，此层的结构与下层原理及结构相同，但需要上下错位设置，以保证在不同的煤流环区域进行切割，避免重复切割或无效切割。两层之间通过连接件与上下切割口调节托板固定连接。即可共用一个动力机构，实现两层同步调节切割口开口大小，提高缩分比及留样量。此缩分为立式结构，可直接与立式破碎机对接，形成破碎缩分一体式的整体结构。不仅外形美观而且体积小巧。

4 结束语

本文设计的新型旋转式缩分装置为立式结构，主要克服的难点在于使用一个动力装置，在旋转的状态下同时控制3个切割口的大小调节。结构设计巧妙，可直接与立式破碎机对接形成破碎缩分一体式的密封结构。实现全煤流、全断面的螺旋式连续切割。可满足根据控制系统的反馈实时在线调整缩分比的需求，为减小目前行业制样设备庞大的外形体积提供可能性。当切割口固定时，也能当作定比缩分器使用，能更好地应用于全自动制样系统的整体设计中。