火電廠燃煤全自動(dòng)制樣機(jī)性能試驗(yàn)方案研究

王志坤，王杰，王愛明

(湖北華電江陵發(fā)電有限公司，湖北 荊州 434400)

1 研究的背景與意義

隨著我國煤炭?jī)r(jià)格日益增長，各發(fā)電企業(yè)燃煤成本大幅度上升，部分發(fā)電企業(yè)的燃煤成本甚至已接近總運(yùn)營成本的80%［1］。同時(shí)，由于煤炭市場(chǎng)管理混亂，摻雜使假以及虧噸、虧卡、包餡等現(xiàn)象嚴(yán)重。煤炭的制樣環(huán)節(jié)一直以來被煤炭供需方作為煤質(zhì)驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)，歷經(jīng)人工制樣、半自動(dòng)聯(lián)合制樣機(jī)制樣，到如今正在發(fā)展的全自動(dòng)制樣機(jī)［2］制樣。

無論煤炭采樣、制樣技術(shù)如何發(fā)展，燃料采制樣具有代表性都是制樣機(jī)所必須具備的基本性能。采樣、制樣有代表性，就必須通過性能試驗(yàn)證明精密度符合要求且無實(shí)質(zhì)性偏倚［3］。目前，全自動(dòng)制樣機(jī)的性能試驗(yàn)還沒有相關(guān)的國標(biāo)和行標(biāo)，全自動(dòng)制樣機(jī)普遍由廠家調(diào)試完成后移交火電廠燃煤質(zhì)檢管理人員，而移交的標(biāo)準(zhǔn)暫無完善的評(píng)價(jià)體系。本課題研究的目的在于用科學(xué)的試驗(yàn)方法測(cè)試出全自動(dòng)制樣機(jī)的整機(jī)精密度和整機(jī)偏倚是否滿足國標(biāo)的相關(guān)要求。本課題根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19494．3—2004《煤炭機(jī)械化采樣 第3部分:精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)》、DL/T 1339—2014《火電廠煤炭破碎縮分聯(lián)合制樣設(shè)備性能試驗(yàn)規(guī)程》)制定出全自動(dòng)制樣機(jī)性能試驗(yàn)方案，從而通過性能試驗(yàn)的方法得出數(shù)據(jù)，判定制樣機(jī)的精密度與系統(tǒng)偏倚是否符合要求，用以指導(dǎo)火電廠煤炭質(zhì)量管理人員、制樣機(jī)廠商及煤炭供應(yīng)商正確、客觀地評(píng)價(jià)全自動(dòng)制樣機(jī)的精密度和系統(tǒng)偏倚［4］。

2 全自動(dòng)制樣機(jī)工作原理與制樣流程概述

本課題研究的全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)為5E－APSⅡ型全自動(dòng)制樣機(jī)，其允許入料粒徑6～100 mm，采用三級(jí)破碎和四級(jí)縮分方式制樣。其中，三級(jí)破碎分別采用臥式環(huán)錘、對(duì)輥式和研磨式，破碎后的出料粒徑分別為6．0，3．0，0．2 mm，一、二級(jí)縮分采用旋轉(zhuǎn)斜管槽式縮分器，三、四級(jí)縮分采用圓錐式二分器。該全自動(dòng)制樣機(jī)制樣流程如圖1所示。

3 性能試驗(yàn)方案主要內(nèi)容及實(shí)施步驟

為準(zhǔn)確、全面地評(píng)定本課題所研究全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)的性能是否滿足國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，制定的試驗(yàn)方案包括對(duì)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制樣精密度試驗(yàn)、灰分偏倚試驗(yàn)、全水分偏倚試驗(yàn)、出料粒度試驗(yàn)、質(zhì)量穩(wěn)定性試驗(yàn)、制粉收集率試驗(yàn)、制樣效率試驗(yàn)及干燥溫度試驗(yàn)。

圖1 全自動(dòng)制樣機(jī)工作流程Fig．1 Work flow of automatic sampling machine

上述試驗(yàn)的主要依據(jù)分別為:GB 474—2008《煤樣的制備方法》、GB 475—2008《商品煤樣人工采取方法》、GB/T 19494—2004《煤炭機(jī)械化采樣》、GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》、GB/T 211—2007《煤中全水分的測(cè)定方法》、GB/T 30732—2014《煤的工業(yè)分析方法 儀器法》、DL/T 1339—2014《火電廠煤炭破碎縮分聯(lián)合制樣設(shè)備性能試驗(yàn)規(guī)程》。

3．1 制樣精密度試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

3．1．1 制樣

分別稱取粒度≤13 mm 的煤樣 15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 kg 各 2 份，共 20 份。每份煤樣經(jīng)煤炭制樣系統(tǒng)制樣得到一般分析試驗(yàn)煤樣(標(biāo)記L3)，收集除一般分析試驗(yàn)煤樣外的全部煤樣，將全部煤樣合并再次經(jīng)煤炭制樣系統(tǒng)得到一般分析試驗(yàn)煤樣(標(biāo)記L4)。

3．1．2 化驗(yàn)

樣品需化驗(yàn)的項(xiàng)目包括灰分(Aad)和水分(Mad)，由煤檢中心化驗(yàn)員按照GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》或GB/T 30732—2014《煤的工業(yè)分析方法 儀器法》進(jìn)行化驗(yàn)。

3．1．3 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照GB/T 19494．3—2004《煤炭機(jī)械化采樣 第3部分:精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)》進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按式(1)計(jì)算各對(duì)結(jié)果差值的標(biāo)準(zhǔn)差。

式中:s為標(biāo)準(zhǔn)差;di為雙份試樣測(cè)定結(jié)果絕對(duì)差值;n為雙份試樣對(duì)數(shù)，n=10。

根據(jù)GB 474—2008《煤樣的制備方法》，制樣和化驗(yàn)方差目標(biāo)值VPT0為 0．05P2L，PL為采制化總精密度。對(duì)于該試驗(yàn)煤種，PL=1/10 Ad(該煤種干燥基灰分)，且最大不能超過1．60%。

將標(biāo)準(zhǔn)差s與方差目標(biāo)值VPT0進(jìn)行比較，如果，則可認(rèn)為制樣和化驗(yàn)精密度符合要求;如果，則可認(rèn)為精密度優(yōu)于目標(biāo)值;如果，則可認(rèn)為精密度達(dá)不到目標(biāo)值。

如果連續(xù)2組10對(duì)雙份試樣的標(biāo)準(zhǔn)差都落在目標(biāo)范圍內(nèi)或優(yōu)于目標(biāo)值，才能認(rèn)可制樣和化驗(yàn)精密度符合要求。

3．2 灰分偏倚試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

3．2．1 制樣

分別稱取粒度≤13 mm 的煤樣 15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80 kg 各 2 份，共 28份。每份煤樣通過煤炭制樣系統(tǒng)，收集各級(jí)出料并編號(hào)，按樣品收集先后順序依次為:一級(jí)縮分棄樣(Q1)、全水分樣(M)、二級(jí)縮分棄樣(Q2)、3 mm 存查樣(B)、沖洗樣1(Q3)、留樣1(L1)、留樣2(L2)，共7個(gè)樣品，分別稱重并記錄。

制樣按照GB 474—2008《煤樣的制備方法》的規(guī)定在現(xiàn)場(chǎng)制樣室進(jìn)行初制備。

3．2．2 化驗(yàn)

樣品需化驗(yàn)的項(xiàng)目包括灰分(Aad)和水分(Mad)，由煤檢中心化驗(yàn)員按照GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》或GB/T 30732—2014《煤的工業(yè)分析方法 儀器法》進(jìn)行化驗(yàn)。

3．2．3 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

干燥基灰分(Ad)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照GB/T 19494．3—2004《煤炭機(jī)械化采樣第3部分:精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)》進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

灰分偏倚試驗(yàn)中，灰分參比值以制樣各階段產(chǎn)生的棄樣和留樣按質(zhì)量比加權(quán)平均得到，即

式中:Adc為灰分參比樣(干燥基);m為樣品質(zhì)量;n為樣品收集順序號(hào);Ad為樣品灰分(干燥基)。

經(jīng)確定該全自動(dòng)制樣機(jī)最大允許偏倚B=0．40%，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的實(shí)際灰分偏倚記為B'。如果B'≤B，則該全自動(dòng)制樣機(jī)不存在灰分實(shí)質(zhì)性偏倚;如果B'＞B，則該全自動(dòng)制樣機(jī)存在大于B的灰分實(shí)質(zhì)性偏倚。

3．3 全水分偏倚試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

3．3．1 制樣

稱取粒度≤13mm的煤樣約60kg，用13mm二分器分成2份，一份經(jīng)煤炭制樣系統(tǒng)進(jìn)行制樣，收取該煤炭制樣系統(tǒng)的全水分樣品并編號(hào)，另一份用無明顯水分損失的破碎機(jī)破碎煤樣，并按GB 474—2008《煤樣的制備方法》規(guī)定的方法迅速抽取全水分試樣作為全水分參比樣。重復(fù)以上過程至完成25份為止。

3．3．2 化驗(yàn)

全水分測(cè)定由質(zhì)檢中心化驗(yàn)室使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備按照GB/T 211—2007《煤中全水分測(cè)定方法》進(jìn)行。

3．3．3 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

全水分試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)按GB/T 19494．3—2004《煤炭機(jī)械化采樣第3部分:精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)》進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

經(jīng)確定該全自動(dòng)制樣機(jī)最大允許偏倚B=0．40%，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的實(shí)際全水分偏倚記為B'。如果 B'≤B，則該全自動(dòng)制樣機(jī)不存在全水分實(shí)質(zhì)性偏倚;如果 B'＞B，則該全自動(dòng)制樣機(jī)存在大于B的全水分實(shí)質(zhì)性偏倚。

3．4 出料粒度試驗(yàn)

經(jīng)制樣機(jī)制樣后，對(duì)最終留樣、存查煤樣和全水分試樣進(jìn)行篩分試驗(yàn)，至少各進(jìn)行3個(gè)煤樣的測(cè)定，最終留樣粒度應(yīng)小于0．2 mm，存查煤樣粒度應(yīng)小于3．0 mm，全水分試樣粒度應(yīng)小于 6．0 mm(6．0 mm 方孔篩篩上物質(zhì)量應(yīng)不超過煤樣總質(zhì)量的5%)。

3．5 質(zhì)量穩(wěn)定性試驗(yàn)

灰分偏倚試驗(yàn)時(shí)稱量各級(jí)出料質(zhì)量并記錄，對(duì)質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。全水分樣質(zhì)量均應(yīng)大于1．25 kg，存查樣質(zhì)量均應(yīng)大于700 g，留樣質(zhì)量均應(yīng)大于60 g。

3．6 制粉收集率試驗(yàn)

在煤樣達(dá)到干燥狀態(tài)后，取出并稱重，質(zhì)量記為m1，稱重后放回烘干器，煤樣進(jìn)入制粉階段;煤樣經(jīng)制粉后收集清洗樣和留樣并稱重，質(zhì)量記為m2;制粉收集率用C表示，則C=m2/m1×100%。

3．7 制樣效率試驗(yàn)

稱取標(biāo)稱最大粒度為13 mm、質(zhì)量為20～60 kg的煤樣10個(gè)，分別通過全自動(dòng)制樣系統(tǒng)，記錄各煤樣的入樣及各留樣的出樣時(shí)間，計(jì)算出10個(gè)煤樣的制樣總時(shí)間及平均時(shí)間。

3．8 干燥溫度試驗(yàn)

隨機(jī)抽取試驗(yàn)過程中的5個(gè)煤樣作為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)前將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分別固定于干燥區(qū)。煤樣進(jìn)入干燥箱時(shí)開始計(jì)時(shí)，煤樣離開干燥箱時(shí)停止計(jì)時(shí)，每隔30s讀取一次數(shù)字溫度表中示數(shù)并記錄，檢查數(shù)據(jù)是否滿足GB 474—2008《煤樣的制備方法》。

4 試驗(yàn)方案的實(shí)施與結(jié)論

在本課題中，對(duì)上述8項(xiàng)單項(xiàng)試驗(yàn)均按照試驗(yàn)步驟和分析方法逐一實(shí)施。通過試驗(yàn)的實(shí)施過程，驗(yàn)證上述試驗(yàn)方案具有較好的操作性，便于實(shí)施，同時(shí)具有較好的可追溯性，利于復(fù)查驗(yàn)證試驗(yàn)過程是否科學(xué)。受篇幅所限，不詳細(xì)列舉各項(xiàng)試驗(yàn)的過程記錄和結(jié)果，在此簡(jiǎn)述本課題所研究的全自動(dòng)制樣機(jī)性能試驗(yàn)綜合評(píng)定如下。

(1)試驗(yàn)所用煤為煙煤，標(biāo)稱最大粒度約13 mm;偏倚試驗(yàn)用煤干燥基灰分約16．00%;全水分約16．00%;精密度試驗(yàn)用煤干燥基灰分約19．00%。全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)留樣1灰分偏倚相對(duì)于最大允許偏倚(B，干燥基灰分)為0．40%，全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)留樣1不存在灰分實(shí)質(zhì)性偏倚(對(duì)于該試驗(yàn)煤種，全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)留樣1存在的最大灰分(干燥基)偏倚在95%的概率下為0．37%)。

(2)全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)整機(jī)采取樣品灰分與參比樣品差值的平均值(d)為－0．271 2%，該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)存在大于0且小于B的灰分偏倚。

(3)全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)制備樣品全水分與參比樣品差值的平均值(d)為－0．284 0%，該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)存在大于0且小于B的全水分偏倚。

(4)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)留樣1的制樣和化驗(yàn)精密度優(yōu)于預(yù)期(標(biāo)準(zhǔn))要求。

(5)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)出料粒度試驗(yàn)，最終留樣、存查煤樣和全水分試樣均符合要求。

(6)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果均符合要求。

(7)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)制粉收集率為99．6%。

(8)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)制樣效率試驗(yàn)10個(gè)煤樣的制樣總時(shí)間(第1個(gè)樣品制樣時(shí)間為140 min，之后20min/個(gè))為320min，平均時(shí)間為32min。

(9)該全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)干燥溫度試驗(yàn)滿足GB 474—2008《煤樣的制備方法》中溫度的要求。

綜合上述結(jié)論及其他試驗(yàn)結(jié)果，本課題所研究的5E－APSⅡ型全自動(dòng)制樣機(jī)各項(xiàng)性能滿足相關(guān)國標(biāo)要求。

5 結(jié)束語

全自動(dòng)制樣機(jī)因系統(tǒng)龐大復(fù)雜，設(shè)備生產(chǎn)及安裝調(diào)試的周期均較長。若現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試不到位，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無法在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求下運(yùn)行，從而無法保證制樣的代表性。本課題研究的性能試驗(yàn)方法能為燃煤質(zhì)檢管理人員提供客觀的評(píng)價(jià)方法，有助于燃料質(zhì)檢管理人員正確掌握煤炭品質(zhì)信息，為火電廠的生產(chǎn)、運(yùn)營提供具有實(shí)用價(jià)值的正確信息。

但本課題研究的對(duì)象比較單一，未能研究其他品牌的全自動(dòng)制樣機(jī)，可能對(duì)其他型號(hào)的全自動(dòng)制樣機(jī)性能評(píng)定存在部分不適用，希望本文所論述的試驗(yàn)方法能對(duì)其他電廠的燃煤質(zhì)檢管理人員有所幫助。