煤的哈氏可磨性指数测定的影响因素及对策措施

2020-11-12薛永妍薛玲芳张小平

山西化工 2020年5期

薛永妍，薛玲芳，张小平

(阳泉煤业(集团)股份有限公司选煤质量管理中心，山西阳泉 045000)

引言

煤的可磨性指的是煤在规定的条件下，研磨成粉的难易程度。随着技术的发展，很多用煤产业，特别是动力用煤部门都需要将煤研磨成粉状后再进行利用。因此，煤的可磨性指数是煤粉制备工艺和设备的设计及预测磨煤机出率(t/h)和电厂内部能源消耗时必不可少的依据。因而在煤质研究和检测工作中，煤的可磨性是一个重要参数[1]。

煤的可磨性测定是一项规范性很强的测试项目，目前国内普遍采用哈德格罗夫法(简称哈氏法)，哈氏法的影响因素有煤样制备、仪器设备和操作等[2-3]。

1 哈氏法测定原理及方法

1.1 测定原理

首先，将规定质量及粒度范围的煤样放入哈氏可磨性测定仪中研磨，然后在特定的测试条件下继续筛分研磨后的煤样，并对筛上的煤样质量进行称量测定。哈氏法测定的结果以哈氏可磨性指数呈现，其具体计算方法为首先计算研磨前煤样量与筛上煤样质量的差值，其结果即为筛下煤样质量，然后再通过一元线性回归方程的计算方法，或者直接以标准哈氏校准图为依据来求得哈氏可磨性指数的结果[4-7]。

1.2 试验步骤

1) 煤样的制备：煤样制备的标准依据是GB/T 474-2008《煤样的制备方法》。首先需要将煤样破碎到<6 mm，再将其用二分器缩分出约1 kg，再按照GB/T 474-2008《煤样的制备方法》的操作步骤进行空气干燥。称量煤样(称准到1 g)，使用上部1.25 mm筛套下部0.63 mm筛，将煤样按照每批200 g的规格送入振筛机分筛和逐级破碎，将筛下部分弃掉，最后留取0.63 mm～1.25 mm的煤样。称量0.63 mm～1.25 mm的煤样质量(称准至1 g)，计算该粒度范围的煤样质量占破碎前煤样的总质量的百分数(即出样率)，若出样率<45%，则煤样作废。

2) 检查清理仪器设备：首先对哈氏仪进行检查和试运行，确保仪器处于正常可使用的状态，保证仪器能在运转(60±0.25)r时自动停止。在测试前测定清洁研磨环、研磨碗和钢球，然后尽可能均匀地将钢球放置于研磨碗的凹槽之内以备下一步操作。

3) 初次筛分：首先将0.63 mm～1.25 mm的煤样均匀混合，然后使用二分器缩分出120 g，置于孔径0.63 mm筛子，并使用振筛机上筛5 min，将小于0.63 mm的煤粉全部去除;接着使用二分器再缩分出每份至少50 g的两份煤样备用。

4) 仪器测试：首先称取已去除粒度过低的煤粉的煤样50(±0.01)g煤样记作m(g)，称准至0.01 g。再将这部分煤样均匀倒入研磨碗内并将其表面拂平，将落在研磨碗凸起部位及钢球上的煤样使用清洁毛刷轻轻清扫至钢球周边，当主轴下端十字头与研磨环十字槽处于同一方向时，将研磨环置于研磨碗的同时对计数器归零，然后电机启动并将其参数设置为运转60(±0.25)r后停止。

5) 二次筛分：将筛底盘、直径0.071 mm的筛子与保护筛按照从下到上的顺序放置，将研磨碗拆下并使用洁净的毛刷来刷掉研磨环上黏附的煤粉，令其掉落至保护筛，再将钢球与完成研磨的煤样一同置入保护筛，将保护筛上粘着的煤粉继续使用洁净的刷子刷落至筛子内，最后将钢球放回研磨碗并取掉保护筛。

在直径0.071 mm筛子下置入筛底盘，筛子上放置筛盖，然后使用振筛机振动10 min左右，再取下筛子并将其底部粘着的煤粉刷落至筛底盘，再使用振筛机振动5 min左右，再重复刷落操作。完成上述步骤后再使用振筛机振动5 min并再执行一次刷落操作。

6) 称量和计算测定结果：对经过前几个步骤操作之后直径0.071 mm筛上留存的煤样进行称量，其准确度必须达到±0.01 g，将此结果记录为m1，单位为g。再称量直径0.071 mm筛下煤样质量，其准确度必须达到±0.01 g，将此结果记录为m2。测定结果有效的标准就是筛上与筛下煤样质量测定值的加和结果与研磨之前煤样质量的差值必须在0.5 g以内，否则就需要重做测量实验。

2 影响因素及对策措施

由哈氏法的原理可知，只有确保可磨煤样、仪器设备、操作条件等全部符合要求时，才能得到准确的结果。因此，在哈氏可磨性指数项目测试过程中标准曲线的标定、可磨煤样的制备、正规操作等方面有较大的影响，在实际工作中需采取以下相应的对策措施。

2.1 标准曲线的生成

GB/T 2565-2014《煤的哈氏可磨指数的测定方法》规定每年至少用可磨性标准煤样进行一次仪器校准操作。当操作人员或仪器设备(包括试验筛)更换或更新，或者更新或维修对测定结果的准确性有怀疑时都应该用标准煤样进行校准并绘制校准图。绘制可磨校准图时要使用 4个一组的可磨性指数值分别约为 40、60、80、110的标准煤样。每个标准煤样都必须由同一操作人员使用同一台哈氏可磨仪按可磨性指数的测定步骤重复测定4次，计算0.071 mm筛下物质量，计算出4次的算术平均值。

在直角坐标系上分别将纵坐标和横坐标设置为4次0.071筛分物质算术平均值和相应的哈氏可磨性指数标准值，使用最小二乘法原则对煤的哈氏可磨性指数标准物质的试验数据作图。所得的直线就是所用哈氏仪(及筛子等)的标准图。也可以使用一元线性回归方程表示标准曲线(哈氏可磨性指数值为因变量，筛下物质量的平均值为自变量)，一元线性回归方程的相关系数(r)至少为0.99。

2020年8月用哈氏可磨标准物质(GBW12005g—GBW12008g)进行标准曲线绘制。哈氏可磨标准物质测试数值见表1。

表1 2020年8月哈氏可磨性标准物质测试数值

由此结果绘制的校准曲线图见图1。

图1 2020年8月哈氏可磨性标准曲线图

本次标准曲线一元线性回归方程的相关系数(r)为0.999 8，该标准曲线可用。

2.2 制样出样率和制样设备的影响及对策措施

2.2.1 影响

哈氏法要求测定的煤样粒度范围为0.63 mm～1.25 mm，出样率不小于45%。粒度和出样率达不到规定要求，会对可磨性测定有一定的影响。

2.2.2 对策措施

空气干燥：将煤样按照GB/T 474-2008《煤样的制备方法》的操作步骤破碎到6 mm后将此煤样缩分出约1 kg，然后放入盘内并均匀摊开，其层厚不得超过1 cm，使用50(±5) ℃干燥箱干燥1 h～5 h，或在室温下放置10 h～20 h使之达到空气干燥状态，并在干燥过程中搅拌4次以上。

逐级破碎：使用破碎机采用逐级破碎的方法[8]。用0.63 mm和1.25 mm的套筛，分批将6 mm煤样过筛，每批约200 g，将粒度>1.25 mm的煤样首先进行逐级破碎的方法，在破碎过程中要不断调节破碎机的对辊的间距，使其只能破碎较大的颗粒。反复破碎、筛分直至上述煤样全部通过1.25 mm筛子。将粒度<0.63 mm筛下物弃掉，留取0.63 mm～1.25 mm的煤样。

称量计算：称量0.63 mm～1.25 mm的煤样(称准至1 g)，然后计算出样率，即0.63 mm～1.25 mm这个粒度范围的煤样质量占破碎前煤样总质量的百分数，若结果<45%，则本次破碎操作失败。需要再从6 mm煤样中缩分出1 kg，按上述制样方法重新制样。

2.3 哈氏仪和操作的影响及对策措施

2.3.1 影响

哈氏仪的研磨碗、研磨环、钢球[直径25.40(±0.13) mm]等关键部件的几何形状稍有变化，将会改变煤在磨碗中的运动状态和受力，直接影响测定结果。其次是操作上的影响，如用哈氏仪时，要注意磨碗要上平，使负荷均匀施加在8个钢球上。

2.3.2 对策措施

1) 定期对哈氏仪进行检查，确保其钢球。研磨碗及研磨环等重点部位无损坏及过度磨损。同时还要检查振筛机是否能够正常运转以及总垂直力是否在规定范围内，筛子是否存在破损、污染的情况等。任何部件有问题都需要及时予以替换处理。

2) 使用前仪器要试运转，确保哈氏仪在运转60(±0.25)r后自动停止。否则应作调整。仪器每次调整后都必须将计数器恢复到零位。

3) 为避免试样研磨前受外力破碎以及确保所要求的总垂直力[284(±2)N]均匀施加在8个钢球上，操作时应注意：试样倒入研磨碗内后千万不能再移动钢球；落在钢球上和研磨碗凸起部位的煤样应扫到钢球的周围；在将研磨碗挂到机座两侧的螺栓上时，应尽力做到一次使研磨环的十字槽与主轴下端的十字头对准，以免反复多次而使试样遭到外加破碎。最后拧紧螺栓，并检查磨碗口是否贴紧机座以保证钢球受到垂直力的作用。