立式对辊散煤快速制样设备的特点及应用

鲍 培，周 敬

（河北省产品质量监督检验研究院，河北石家庄 050000）

0 引言

散煤燃烧是治理大气污染需要重点管控的突出问题，河北省《劣质散煤质量管控专项实施方案》明确要求“强化煤炭生产、运输环节的质量监管”“严厉打击生产、运输不合格煤炭的行为，实现煤炭质量的明显好转”。目前国内散煤制样需要经过样品破碎、缩分、干燥、制粉、分装等5 个环节，实验室制样方式普遍采用锤式破碎机破碎、二分器或手动缩分、鼓风干燥箱干燥，一般样品的制样时间约5 h，特殊样品8～10 h，制样周期较长，难以满足目前对散煤质量监管的需求。

1 实验室煤样制备的方法与特点

按照国家标准GB 474—2008《煤样的制备方法》的要求，煤样制样实验室应不受外来灰尘的影响，要有除尘装置。实验室地面应为水泥地面，堆掺缩分区还要在水泥地面上铺以厚度不低于6 mm 的钢板。而实验室制样设备需要包括破碎机、密封式研磨机和精密度符合要求的各种缩分机和联合破碎缩分机等，以及振筛机、标准筛、鼓风干燥箱等相关设备。

实验室制样的整体流程为：破碎至25 mm→缩分40 kg→破碎至13 mm→缩分15 kg→空气干燥→破碎至6 mm（全水分煤样）→破碎至3 mm→缩分700 g→破碎至0.2 mm→获得样品60～300 g。实验室煤样制备方式利用常规制样设备完成样品制备，对实验室面积和环境有相对严格的要求。

2 立式对辊散煤快速制样设备的功能设计

本项目重点研究在散煤智能快速取样站基础上的散煤快速制样设备，通过对现有实验室检验手段的改善和创新，采用新型的机械模式大大提高散煤制样的速度，实现散煤的快速取样、快速制样一体化，推进散煤快速检测流动实验室的研发。本制样设备采用垂直立式结构设计，样品制样程序在一个垂直流程内完成（图1）。

2.1 样品制备的功能实现

本整体设备由8 个结构模块配合而成，样品制备的实现流程为：初级破碎→初级缩分→二级破碎→二级缩分→样品制粉→三级缩分→分离杂质以及风干模块和传动系统（图1）。

图1 立式对辊散煤快速制样设备的工作流程

2.2 功能模块的结构设计

（1）初级破碎。采用交叉齿式对辊进行初级破碎，对辊采用高强度钢制材料：对辊破碎较锤式破碎能够实现机械机构的简单化，减少破碎式的振动；交叉齿螺旋式分布方式在进样时实现了主动咬合样品，以提升大块样品的进样效率；对辊采用异步传动，对散煤样块增加剪切方向的用力，提升破碎效率；利用交叉齿之间、交叉齿和设备内壁之间的间隙控制初步破碎的样品粒度，初级破碎样品粒度控制在6 mm 以内。

（2）初级缩分及备样分离。利用水平均布四分器的方式对样品进行初级缩分，中间1/4 的样品作为检验样品进入下一步二级粉碎流程，左侧2/4 的样品作为缩分肥料进入肥料桶，最右侧1/4 作为备样进入备样桶，实现初步缩分及备样分离。

（3）二级破碎与缩分。二级破碎采用与初级破碎相同原理，在结构设计上对辊采用异步转速，保证破碎效果。交叉齿之间、交叉齿和设备内壁之间的间隙控制在3 mm，二级破碎样品粒度控制在3 mm 以内。二级缩分采用二分器原理缩分，1/2 进入下一制样流程、1/2 进入废样桶。

（4）制粉及三级缩分。制粉采用粗糙面对辊磨粉，双辊异步转动，辊间距控制在0.2 mm，制粉后样品粒度在0.2 mm 以内。三级缩分采用二分器原理缩分，1/2 进入下一制样流程、1/2 进入废样桶。

（5）样品分离与收集。在制样的整个流程中，立式对辊散煤快速制样设备实现了3 次样品缩分，充分实现了制样样品取样的均匀性和代表性：在初级缩分中分离备样；三级缩分后收集检样；二级缩分、三级缩分、杂质分离模块分离废样。

3 立式对辊散煤快速制样设备的理论依据

按照GB/T 474—2008 的要求，试验煤样包括水分测定试样、一般分析试验煤样和存查煤样。其中，水分测定试样可以采用粒度不大于13 mm 或粒度不大于6 mm 的两种试样；一般分析试验煤样粒度应不大于0.2 mm，试验质量在60～300 g；在原始煤样制备的同时需要存查煤样，用相同的程序于一定的制样阶段分散，一般可以标称最大粒度为3 mm 的煤样700 g 作为存查煤样。

按照GB/T 474—2008，全水分测定煤样既可由水分专用煤样制备，也可在共用煤样制备过程中分散。全水分测定煤样：当试样量和粒度过大时，可以在破碎到13 mm 前增加一个制样阶段；当实样水分较低而且使用没有实质性偏倚的破碎缩分机械时，可以一次破碎到6 mm，然后缩分到1.25 kg。一般分析试验煤样应满足一般物理化学特性参数测定有关国家标准要求，通常分2～3个阶段进行，每阶段由干燥（需要时）、破碎、混合（需要时）和缩分构成。必要时可根据具体情况增加或减少缩分阶段。为方便采样，多数情况下采取全水分测定和一般分析实验用的共用煤样。

立式对辊散煤快速制样设备参照GB/T 474—2008 要求，研究设计、制造出满足试验煤样要求，可以同时制备6 mm 粒度全水分试验煤样、3 mm 粒度存查备样和0.2 mm 粒度的一般分析试验煤样，不仅提升实验室散煤制样效率，还可以满足散煤监管特别是运输领域散煤质量监管的要求，实现散煤的快速取样、快速制样一体化，推进散煤快速检测流动实验室的研发。

4 立式对辊散煤快速制样设备的特点与指标

随着国家大气污染治理工作的深化，传统的实验室检测制备速度难以满足监管工作的需求，研发散煤快速检测流动实验室势在必行。立式对辊散煤快速制样设备研发项目的目标是实现散煤样品的快速制备，将散煤制样系统的设备轻便化、场地要求简单化，实现散煤制样过程中快速制备、效果合理、功能完善、结构轻便、功能延伸等多项技术指标优化。

4.1 结构特点

（1）整体采用立式结构，充分利用样品下落的自然状态，实现散煤制样的系统集成化，大大减少样品的搬运，降低劳动强度，实现了散煤制样设备的新模式。

（2）散煤粉碎采用交叉齿对辊方式，充分保证了散煤样品的粉碎效果，在煤炭制样领域首次采用交叉齿对辊。目前散煤制样粉碎主要是锤击式，设备整机较为笨重，而交叉齿对辊在粉碎过程中增加了样品的受力，设备运行稳定，大大降低了振动和粉尘。

（3）散煤粉碎对辊采用异步运行，在粉碎过程中增加了横向剪切力，样品除了受到双辊挤压力之外，还增加了横向剪切力和研磨效果，这样在粉碎过程中样品会受到双重作用力，有利于充分粉碎。

（4）散煤干燥采用全过程风干，充分提升了样品风干效果：一是设备的两侧设计为碳纤维加热板，样品的整个制备过程在较高温度环境下进行；二是设备低端设计热鼓风，与样品的制备对向鼓风，提升样品的干燥效果。

4.2 技术指标

本研发项目的目标是实现散煤样品的快速制备，达到实验室检验对散煤样品的要求，将散煤制样系统的设备轻便化、场地要求简单化。

（1）快速制备：立式对辊散煤快速制样设备利用对辊破碎、自动缩分、风透干燥的方式提升了制样速度，将原来实验室散煤样品制备时间由5～8 h 缩短至10～20 min，实现散煤样品的快速制备。

（2）效果合理：立式对辊散煤快速制样设备按照煤炭产品的检验标准研制，制备样品的最终粒度在0.2 mm 以内，满足散煤检验对样品的要求。

（3）功能完善：本设备参照实验室制样的流程要求，对各个环节进行了优化，样品制备的过程包括初步破碎、初步缩分、二次破碎、二次缩分、样品风干、杂质分离、备样留存、废样收集等多项功能。

（4）轻捷简便：立式对辊散煤快速制样设备将目前实验室的破碎制样机、鼓风干燥箱、二分器、制粉机、标准筛等设备的功能进行了整合，将样品的破碎、缩分、干燥、制粉功能融于一体，最大限度提升设备的轻便程度，降低样品制备对试验场地的要求。

（5）功能延伸：本设备能够独立作为制样设备使用，同时也能与散煤智能快速取样站进行连接，实现取样、制样功能一体化，延伸功能。

5 立式对辊散煤快速制样设备的推广与发展

本设备在散煤质量监管方面作用突出，社会效益显著，主要有以下3 个：

（1）解决了散煤制样时间长的难题，解决了散煤质量监管与运输行业的矛盾，在散煤监管的工作中实现了政府质量监管机构和运输机构融合。

（2）与前期的快速取样站配套使用，更有利于快速取制样设备的推广，将大大提升散煤的质量，提升人们的生活质量，减少散煤燃烧产生的大气污染物，为全省乃至全国的大气污染质量工作提供技术保障。

（3）开创了散煤监管的新方式，为其他产品的监管方式提供借鉴和经验。

6 结束语

立式对辊散煤快速制样设备是在国家大气污染治理工作深化，为满足省界在运散煤质量监管工作需求，实现散煤样品的快速制备，实现散煤制样系统的设备轻便化、场地要求简单化，同时能够达到快速制备、功能齐全、效果合理，实现实验室对样品制备要求而专项研发的快速制样设备。该设备整体采用立式结构，实现了散煤制样的系统集成化，减少了占用空间、降低了搬运劳动强度；相对于传统实验室锤式破碎机，降低了制样过程中的振动，有效减少粉尘；同时三级破碎过程采用可调、可拆卸方式，能够最大限度减少混样品的风险，同时大大提升制样效率。