煤炭制样机应用中的问题

邵雅静

（神华销售集团有限公司天津分公司，天津 300457）

0 引言

从整批煤炭中抽取一部分煤样进行结合了物理、化学性质的检验分析，这就是煤炭制样过程。目前有专门的煤炭制样机可应用于该技术环节中。煤炭制样机可减少传统煤炭制样过程中产生的误差，同时降低生产劳动强度，体现出较高的煤炭制样精度。目前，专业领域更加关注煤炭制样机的生产应用相关问题。

1 我国煤炭制样技术应用发展现状

我国煤炭机械化采制过程中对各项技术应用已经相当成熟，例如，大型煤矿企业、港口、火电厂等工业生产领域都会应用到煤炭制样机。在应用过程中，考虑到煤炭制样机本身体型偏大且操作复杂，不具备实现全面自动化的生产过程，难以满足企业生产需求。更为关键的是，煤炭制样机在制样过程中容易出现各种偏差，偏差率最高可达到80%以上。这主要是因为煤炭本身成分构成相对复杂，且颗粒形成条件、密度、大小等均有所不同，导致煤炭的物理化学特征难以捉摸，由此所实施的煤炭制样过程容易出现偏差。当前国内许多煤炭生产工业企业也会严格遵守国际标准化组织ISO 相关标准与商品煤采样方法，确保制样煤炭在数量与质量上都能实现有效调整优化。

对于煤炭质量分析而言，采样与制样是最主要过程，特别是制样中要生产制造最具有代表性的检验样品，如此方可保证最终的检验结果准确到位。相比于传统手工制样，目前大型煤炭制样机在制样方面更为精确到位，其所制作的样品代表性更强。具体来讲，目前我国的机械化煤炭采样存在3 个技术标准，分别为国际标准化组织ISO 标准、我国《煤炭机械化采样》GB 标准，以及美国试验与材料协会《煤的总样标准采集方法》标准。

2 我国煤炭机械化制样机的工作原理与设备参数分析

2.1 基本工作原理

我国煤炭机械化制样机系统拥有相对复杂的设计原理，包括了一级采样、二级缩分、一级破碎、样品收集以及制样功能。制样机配合辅助设备可组建形成一个完整的制样系统，在一定时间内可完成针对一个子样的完整煤样制备过程。

2.2 设备运行特点

在煤炭制样机中拥有缩分机子设备，但是它的缩分能力相对偏低，一台缩分机一次只能完成一次缩分。因此需要在制样机中采用2 台甚至多台缩分机进行缩分处理，最终明确样品缩分重量。不过，煤炭制样机本身体积就偏大，加之大量缩分机应用可能会形成辅助设备数量过多的局面，占用较大空间且工艺流程变长，不利于精简化生产过程。另外，大量使用缩分机带来的另一不利后果就是煤炭制样过程中煤炭的水分散失量变大，严重影响煤炭品质检验准确性。另外，设备成本过高也会导致安装维修量增大[1]。

2.3 设备运行参数分析

目前比较流行的大型联合煤炭制样机可将制样机组中的全部生产过程压缩到一台组合设备上，以便于维修管理。它所采用的机组类型被称之为“积木式机组”，因为机组本身非常容易拆分分解。以下具体介绍它的生产工艺流程。

2.3.1 大型联合煤炭制样机的基本概况

大型联合煤炭制样机在设备系统整体看来省略了多个技术系统环节，它的机组分布由一台制样机完成，辅助设备也相应减少，占用空间和占地面积整体看来更小，大幅减少了机房制作与不锈钢溜槽制作过程，非常有利于煤炭制样生产，其资金成本投入与维修保养投入都大幅减少。

在机组整体制造方面，主要采用单辊式破碎机结构，它可实现常规破碎与含料破碎两种形式。在采集初级样品过程中可做到不计量给料，皮带机能够为其提供均匀送料机制，且送料破碎速度较快（可在10 s 内完成煤炭样品破碎）。在给料皮带机上，煤样会被整形拉长，然后进入制样机组。整个机组采用圆盘、刮板式缩分模式，主要根据制样量与精度要求划分缩分等级，分别包括一级破碎与一级缩分机组[2]。

2.3.2 一级破碎与一级缩分机组的运行机制与相关参数

大型联合煤炭制样机中包含一级破碎与一级缩分两大机组，机组要求采样样品单体重量为52 kg，机组专门设计了2 m带宽宽度和5.8 m/s 带速，同时拥有6000 t/h 的煤样缩分流通率，以保证皮带机顺利快速送料。它的基本工作流程：首先将采集到的52 kg 煤炭样品直接送到给料溜槽中再转入破碎机，经过4 s 混养破碎后再排入缩分机，缩分后的煤样中有大部分会经过弃料溜槽被排入煤样收集器。在该过程中，缩分机的缩分比完全可调，主要是根据煤炭的制样量要求对皮带送料口大小进行调整，如此即可获得不同的煤炭制样缩分比[3]。

2.3.3 一级破碎与二级缩分机组的运行机制与相关参数

大型联合煤炭制样机也可对制样精度要求较高的煤炭进行处理，因为传统制样设备中所制备煤样量较大，且煤质均匀性表现较差，若采用一级缩分方法可能无法达到制样精密度高要求。为提高煤炭制样精度，必须减少煤炭的每一级缩分比，采用到一级破碎与二级缩分机组。

一级破碎与二级缩分机组拥有一级破碎、一级缩分机组相同的工作原理与工作结构框架。不同点在于这一套机组特别将2 个圆盘刮板式缩分机串联到一起，且上下2 台缩分机的刮板转向完全相反。一般来说，二级缩分会将每一级缩分比减少至少1/2，可有效实现整个机组的煤炭制样缩分比要求，以此获得精度更高的最终煤炭制样品。

在制样过程中，制样系统会保证做到样品质量与整个子样的平均质量完全相等，然后对煤样进行充分破碎、混合，确保样品质地均匀，再从中取出一部分相近样品进行分析。大型联合煤炭制样机在破碎与缩分过程中具备混样功能，它能够提高最终制煤样品的代表性[4]。

需要注意一点，水分也是煤炭制样样品中的一大重要指标。由于煤炭制样本身工作流程较长，在制样过程中必然存在大量的水分损失情况。大型联合煤炭制样机在制样过程中能够有效控制水分流失，保证制煤样品代表性，因为它拥有一个水分损失控制系统，该系统组织结构相对简单，投资较少，煤炭制样效果良好，可构建新型煤炭制样机组，解决上述水分及其他相关技术问题。就目前大型联合煤炭制样机的生产实践效果来看，它相比于传统煤炭制样机组可节省生产成本超过50%，在生产方面，占地面积与空间都大幅减少，安装简单、维护更为方便，是目前煤炭生产中煤炭制样技术过程的最理想选择[5]。

3 煤炭机械化制样机的应用实践

大型联合煤炭制样机在采样、制样过程中，首先要明确初级采样特定采样频率，它涉及到采样过程中的输送物料粒度（≤80 mm 为最佳），以及采样流量（≤2100 t/h）。当样品通过初级胶带给料机被运送到破碎机后，可通过二级采样获得最终样品，为煤炭制样过程做好准备。另外，通过将收集样品破碎到25 mm 左右后，用一级、二级缩分机组进行煤炭制样，将52 kg煤炭样品制样形成25 kg，形成最终样品，最后将最终煤炭制样样品放入密封样品收集器，保存备用。

在煤炭制样过程中，需要利用到煤炭质量分析设备，该设备可实现对煤炭煤质的在线分析，准确获取煤炭的含灰量、含水量。确保对煤炭内部成分的有效平衡约束，提高煤炭采集工作效率与制样效率。举例来说，对采集的10 份煤炭样品进行制样试验分析，10 份煤炭样品中的灰分率均为30%，精密度约为3%。根据《煤炭机械化采样》试验方法检验发现，其煤炭制样试验结果估算值达到0.64，符合相关规定中的制样方差要求。此时可提前准备两份煤炭样品，在测试过程中加入一定量水分，保证2 份样品的全水分为13%和15%，经过试验结果会发现，煤炭制样最终样品中，其全水分如果在13%以下时不会发生煤炭颗粒堵塞现象。另外根据试验结果表明，如果可配合系统电控系统中的定位功能，就能实现对煤炭采样数据参数的合理化显示，及时发现煤炭制样样品中的数据偏差问题。例如，将煤炭制样样品放入二级系统中自动破碎，然后再进行试验分析，其试验结果存在煤样粒度＞6 mm 的煤炭制样样品低于6%，表明样品试验合格[6]。

4 大型联合煤炭制样机的煤炭制样案例分析

4.1 案例项目概述

某电厂为保证船舶化验数据准确可靠，需要利用到大型联合煤炭制样机与普通锤式破碎机，制定一套“制样对比方案”，目的是为找到在不同制样方式背景下煤样中全水分与热值的变化规律，为指导后期化验工作提供有力数据支持。该案例项目的试验概况：对比数量为20 列车，平均温度设定22.4 ℃，平均湿度设定为58.4%[7]。

4.2 试验数据统计

此次试验主要划分为2 个阶段，第一阶段抽检10 组煤样，第二阶段抽检10 组煤样，煤中分别为混1、混3、混4 以及神混5000。主要采取联合制样机分别对大型联合煤炭制样机、普通锤式破碎机进行对比分析，在对比试验结束后进行相关数据统计，数据统计结果见表1。通过数据对比分析可以看出，工分、全硫、氢值的各项目干基差值存在高低浮动，浮动范围相对偏小且结果存在无一致性指向，属于正常试验结果范围内。其中全水分值与基低位发热量差值相对偏大，具体分析结果如下。

表1 中有全水分Mt，它的全水分差值最大为0.9，最小为0，全水平均差值为0.5。它表示通过大型联合煤炭制样机制备的样品全水分值高于普通锤式破碎机制备的样品全水分值，且二者呈现出一致性表现。

表1 中存在基低位发热量Qnet.ar，其热值差值最大为-418.68 kJ（-100 大卡），最小为+12.56 kJ（+3 大卡），平均差值-171.66 kJ（-41 大卡）。即通过大型联合煤炭制样机制备的样品发热量，其热值均低于普通锤式破碎机，且呈现出一致性表现。表1 中第5 组样品全水分无差异，因此其热值相差+3 属于正常浮动范围。

4.3 试验结论

根据上述试验及其数据对比分析可以了解到，大型联合煤炭制样机与普通锤式破碎机的全水分平均差值为0.5，热差值为-171.66 kJ（-41 大卡）。大型联合煤炭制样机在全水值方面明显高于普通锤式破碎机全水值，且呈现一致性表现，这也是造成热值偏差的最主要原因。

表1 联合制样机与普通锤式破碎机对比结果 kJ

结合试验结论进行分析可以了解到，大型联合煤炭制样机在全水样制备时间与制备效率等方面要明显优于普通锤式破碎机。它主要体现在对定比缩分样量的减少上，由于缩分次数偏少且无过筛、无对辊破碎，因此这也在最大程度上减少了煤样在空气中的暴露时间，最大限度保持了煤样样品的真实水分含量。

如果是冬季空气湿度最低值在10%状态下，夏季雨季空气最高值在70%以上时，其对全水分煤样的影响更加直接。不过综合来看，本次对比试验结果只代表一段时期的结果变化，并不能代表全年结果变化。季节、环境、气温，以及空气湿度变化都会影响全水分的偏差。

5 总结

整体看来，大型联合煤炭制样机在煤炭采样、制样等方面的表现效果相对良好，它可有效提高煤炭采样与制样的代表性，有效降低采样过程中存在的人工消耗情况，同时也能减少人为原因导致的最终制样样品准确性问题，因此传统煤炭制样系统设备值得改造优化。考虑到煤炭产品本身黏性较大，湿度较高，特别容易出现颗粒堵料问题，因此在大型联合煤炭制样机应用过程中需要合理优化其制样生产过程，做好对比试验，保证煤炭最终制样样品质量到位。