火電廠煤樣采制機性能的檢驗

韓立鵬

（華能邯峰發(fā)電廠，邯鄲056200）

火力發(fā)電廠為了準確評價煤炭質(zhì)量，需要從幾千噸甚至上萬噸的煤炭中采集少量的樣品，最終縮制成100g左右的分析樣品，使之能夠代表這批煤炭的平均質(zhì)量與特性。由于煤炭自身灰分和粒度的不均勻，要采取到有代表性的煤樣，必須遵循概率論和數(shù)理統(tǒng)計的基本原則進行采樣。根據(jù)方差理論［1］，煤質(zhì)檢驗的誤差由采樣、制樣和化驗三部分組成，采樣誤差約占總誤差的80%，制樣誤差約占16%，化驗誤差約占4%。可見，正確采制樣是電廠燃料質(zhì)量鑒定的一個重要環(huán)節(jié)。

目前火電廠所用機械采制煤樣裝置種類繁多，但各類煤炭采制樣機的結(jié)構大致相同，主要包括采樣頭、給煤機、破碎機、縮分器、余煤處理裝置等。從系統(tǒng)流程上，根據(jù)采樣地點、采樣對象的不同又有所區(qū)別。以皮帶采制樣機的系統(tǒng)流程為例，根據(jù)其破碎-縮分單元的數(shù)目，可分為一級采樣制樣和二級采樣制樣兩種。煤炭采制樣機由采樣系統(tǒng)和制樣系統(tǒng)組成，其精密度合格且無系統(tǒng)誤差，是得到準確煤炭品質(zhì)的前提條件。

1 采樣精密度的檢驗

1.1 檢驗方法

根據(jù)國標要求［2］，采樣精密度采用雙倍子樣數(shù)雙份采樣方法。采樣單元煤量1 000t，正常應采子樣數(shù)n＝60個，采樣間隔150s。采用雙倍子樣雙份試樣法，每個采樣單元采取2n個子樣。每個子樣分別通過機械采樣機的制樣系統(tǒng)。將通過制樣系統(tǒng)的留樣按奇偶數(shù)目分別合并成兩個試樣，奇數(shù)樣記為A樣，偶數(shù)樣記為B樣，重復此操作，從而構成一對試樣，按要求從一批煤或同種煤采取至少10對試樣。分別對10對試樣進行制樣和化驗，測定干基灰分質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 雙份試樣法干基灰分值

1.2 精密度的計算

雙份試樣標準差：

式中：d2為雙份試樣間差值的平方值；np為雙份試驗對數(shù)。

95%置信概率下單個采樣單元精密度：

1.3 精密度的評估

按照國標規(guī)定［3］，機械采樣預期的采樣精密度p0＝1.6%，將表1中的數(shù)據(jù)代入式（1）和式（2），計算95%置信概率下單個采樣單元精密度，從精密度范圍計算因素（見表2）中，查出雙份試樣對數(shù)f下精密度上、下限因素au和al，然后計算精密度上、下限aup和alp。

如果p0介于alp～aup之間，說明采樣精密度符合預期要求；如果p0高于aup，說明采樣精密度高于預期要求；如果p0低于alp，說明采樣精密度不符合要求，需要對采樣方案進行調(diào)整，增加采樣單元子樣數(shù)。

表2 精密度范圍計算因素表

經(jīng)計算單個采樣精密度p＝1.09%。查表2得：雙份試樣對數(shù)f＝10時，al＝0.70，au＝1.75，則精密度上限aup＝1.91%，精密度下限alp＝0.76%。由于alp＜p0＜aup，說明機械采樣裝置采樣精密度符合預期p0＝1.6%的要求。

2 制樣性能檢驗

2.1 縮分比檢驗

準備每個約10kg的煤樣22個，試驗時從采制樣機給煤機的進料口處取煤。煤樣經(jīng)破碎縮分，稱量煤樣總質(zhì)量mt，樣品質(zhì)量m0，縮分比為m0/mt。表3為11組樣品的縮分比檢驗結(jié)果。

表3 縮分比檢驗結(jié)果

用t檢驗法［4］檢驗其有無顯著性差異。平均差值計算式：

式中：di為第i組差值；n為煤樣總對數(shù)。

方差計算式：

t檢驗公式：

將表3中的11組縮分比差值代入式（3）、式（4）和式（5），總對數(shù)n＝11，求得t＝0.12。

表4為t臨界值表。查表4中tα，f臨界值。在煤質(zhì)檢測中，置信概率95%，α通常取0.05，f＝n－1＝10，查得t0.05，10＝2.23，因t＝0.12＜t0.05，10＝2.23，所以縮分器縮分比檢驗無顯著性差異，即縮分器的縮分比無系統(tǒng)誤差。縮分比大約為1∶34。

表4 t臨界值表

2.2 制樣精密度

準備每個約10kg的煤樣20組。試驗時從采制樣機給煤機的進料口處取煤，煤樣經(jīng)過破碎縮分后收集樣品和余煤，并一一對應編號（1～20組），分別對20組試樣樣品和余煤進行制樣和化驗，測定干基灰分質(zhì)量分數(shù)。連續(xù)10個干基灰分質(zhì)量分數(shù)差值的絕對值為一組（不能選擇分組）。求第一組、第二組干基灰分質(zhì)量分數(shù)差值絕對值d＝｜w（Ad）A－w（Ad）B｜的平均值和，如果任一組平均值大于0.37 p0（p0為機械采制化總精密度±1.6%），說明制樣分析方差過大，即制樣分析精密度與國標規(guī)定［2］的0.05之間存在顯著性差異，可判斷制樣精密度不合格。出現(xiàn)此類情況需要檢查原因，采取改進措施，使得制樣精密度滿足要求。經(jīng)計算＝0.46，＝0.33，連續(xù)兩組的平均值均小于0.37 p0，機械采樣機的制樣精密度符合要求。

2.3 制樣系統(tǒng)誤差檢驗

采制樣機制樣系統(tǒng)誤差是根據(jù)樣品與余煤的干基灰分質(zhì)量分數(shù)差值之間是否存在顯著性差異來判斷。利用制樣精密度試驗數(shù)據(jù)，將干基灰分質(zhì)量分數(shù)差值數(shù)據(jù)代入式（3）、式（4）和式（5），用t檢驗法檢驗有無顯著性差異。計算得：t＝2.54，f＝n－1＝19，查表4得t0.05，19＝2.09。因t＝2.54＞t0.05，19＝2.09，二者存在顯著性差異，即制樣系統(tǒng)存在系統(tǒng)誤差，必須對制樣設備進行技術檢查，并加以改進。

3 整機性能檢驗

3.1 水分損失檢驗

采制樣機每采集一個初級子樣，同時在輸煤皮帶人工采集全水分煤樣，人工采集的全水分煤樣與采制樣機采集的全水分煤樣構成一對全水分試樣，分別裝入密封容器中，這樣一共采集20對樣品進行全水分測定。人工采樣記為w（Mt）r，采制樣機采記為w（Mt）j，水分損失ws按下式計算：

按式（6）代入試驗數(shù)據(jù)，計算水分損失ws＝1.0%。如采制樣機沒有收集全水分樣品功能，則可在縮分后的余煤中收集全水分煤樣。在對采制樣機進行水分損失試驗時，還經(jīng)常碰到這樣的情況，通過采制樣機后的水分質(zhì)量分數(shù)反而比皮帶上原煤水分質(zhì)量分數(shù)高，出現(xiàn)上述異常情況為原煤自身水分質(zhì)量分數(shù)較低所致，例如原煤水分質(zhì)量分數(shù)為4.8%，而通過采制樣機所測全水分質(zhì)量分數(shù)大于4.8%（如4.9%或5.0%），這往往是由全水分質(zhì)量分數(shù)測定誤差造成的。國標規(guī)定［6］，當煤中全水分質(zhì)量分數(shù)小于10%時，重復測定的允許差為0.4%，更何況上述煤樣不是同一樣品，出現(xiàn)這種情況應將其作為異常值剔除，否則會得出不切實際的水分損失結(jié)論。

3.2 粒度分布檢驗

收集經(jīng)采制樣機破碎后的煤樣，混合后取試驗煤樣至少36.0kg［7］，采用一組方孔篩檢驗煤樣的粒度分布，稱量篩上物質(zhì)量，統(tǒng)計結(jié)果見表5。質(zhì)量分數(shù)最接近、但不大于5%為破碎機出料的最大粒度，采制樣機出料的最大粒度為13mm。

表5 出料粒度試驗結(jié)果表

3.3 運行可靠性考察

對煤樣采制樣機運行可靠性的考察，重點是各主要部件運行有無障礙，系統(tǒng)是否發(fā)生堵煤，控制系統(tǒng)是否可靠。運行可靠性主要根據(jù)平時運行記錄進行考察，如年投運率達到95%，則認為運行可靠性較高。

4 結(jié)語

從上述對煤樣采制樣機性能的檢驗可知：

（1）采樣精密度高于預期1.6%。

（2）制樣精密度滿足要求，但存在偏倚。

（3）采制樣機水分損失1.0%。

（4）采制樣機出料粒度最大粒度13mm。

當前火電廠普遍采用機械采制煤樣，新煤樣采制樣機投運前需要對其性能作全面檢驗，運行中也需對其采制樣品精密度進行檢驗，考察有無系統(tǒng)誤差；采制樣機更換重要部件后更需重新檢驗其采樣性能。雖然國標規(guī)定機械采樣器要經(jīng)權威部門鑒定，但作者認為火電廠能自身對采樣機械進行性能檢驗意義更大。

［1］周桂萍.電廠燃料［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 19494.3—2004煤炭機械化采樣第3部分：精密度測定和偏倚試驗［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［3］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 19494.1—2004煤炭機械化采樣第1部分：采樣方法［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［4］盛驟，謝式千.概率論與數(shù)理統(tǒng)計［M］.4版.北京：高等教育出版社，2008.

［5］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 475—2008商品煤樣人工采取方法［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［6］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 211—2007煤中全水分的測定方法［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［7］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 474—2008煤樣的制備方法［S］.北京：中國標準出版社，2009.