煤炭采樣設(shè)備的選型分析

邵兆東

【摘 ?要】自從20世紀(jì)70年代采樣設(shè)備發(fā)展到現(xiàn)在，我國(guó)的煤炭采樣設(shè)備已經(jīng)具有一定的規(guī)模，其自動(dòng)化程度也在逐步提升，設(shè)備的功能也由最初單純的煤炭采樣功能，發(fā)展到當(dāng)前具備有制作、煤炭分析等功能。但是，我國(guó)的煤炭采樣設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍落后許多。因此，在煤炭采樣設(shè)備選型中必須遵循不同的采樣設(shè)備的性能及實(shí)際工況等原則進(jìn)行選定。

【關(guān)鍵詞】煤炭;采樣設(shè)備;選型

1 引言

近年來(lái)，隨著能源需求的提高，煤炭事業(yè)得到了社會(huì)的關(guān)注。同時(shí)，煤炭企業(yè)也對(duì)采樣這一重要工作提出了更高的要求，機(jī)械化成為采樣發(fā)展的主要趨勢(shì)。在這種背景下，采樣設(shè)備的工作能力成為決定采樣效果的重要因素。當(dāng)前，采樣設(shè)備種類日趨多樣，其功能也更加復(fù)雜，涵蓋了采樣、制樣的各個(gè)環(huán)節(jié)，這在便利采樣工作的同時(shí)，也提高了煤炭企業(yè)選用設(shè)備的難度。要想實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的采樣效果，用戶就必須充分了解煤炭采樣的基本情況，并立足于自身的發(fā)展實(shí)際選取合適的采樣設(shè)備。本文就聚焦于煤炭工作的實(shí)際，從采樣設(shè)備的工作原理出發(fā)，探尋具有實(shí)效性的選型方法。

2 煤炭采樣概述

所謂采樣工作，顧名思義，就是從相對(duì)大的物料群體中選出一定的樣品，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部物料質(zhì)量把控的目的，可以看出，能否實(shí)現(xiàn)這一目的，很大程度上取決于所選取的樣本是否具有較高的代表性。樣品的確定依照不同行業(yè)的工作實(shí)際而具體確定，就煤炭產(chǎn)品而言，能反映其基本性質(zhì)及應(yīng)用價(jià)值的參數(shù)主要包括水分、發(fā)熱量、灰分這些指標(biāo)，因此在采樣過程中也應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)檢測(cè)樣本的相應(yīng)狀況。

與其他物料相比，煤炭本身構(gòu)成的不均勻性決定了其采樣工作的難度，各類復(fù)雜因素均可能影響采樣工作的代表性：分析化驗(yàn)的程序;采樣過程中物料水分的變化以及被采物料的水分過高;煤炭中含有泥（灰）;樣品代表的煤批量大小;所需采樣精確度的要求等等。

通常，煤有各種形狀和粒度、不同的物理特性、化學(xué)成分及含灰量。為了保證子樣能夠真正代表整批貨物，應(yīng)以確定的次數(shù)，按一定的周期從整批煤中采取?！白訕印笔侵覆蓸釉O(shè)備從煤流中（通常為膠帶運(yùn)輸機(jī)的膠帶表面或頭部卸料處）穿過一次采樣所獲得的樣品。對(duì)于指定精度的采樣需求，所需子樣的數(shù)量和質(zhì)量取決于煤本身的可變性。煤中的雜質(zhì)越多，其可變性越大。為了正確地采集到有代表性的樣品及滿足采樣系統(tǒng)的精度要求，需要了解所采集物料的特性，并確定樣品子樣的最少采樣次數(shù)和最小采樣量。這就必須遵從有關(guān)采樣標(biāo)準(zhǔn)。如：

（1）美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)ASTM標(biāo)準(zhǔn)：煤采樣標(biāo)準(zhǔn)D-2234;洗選煤的化學(xué)分析采樣標(biāo)準(zhǔn)D-2013;

機(jī)械螺旋采樣標(biāo)準(zhǔn)D-4946。

（2）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械采樣標(biāo)準(zhǔn)ISO-9411（第一部分：煤;第二部分：焦炭）;鐵礦石機(jī)械采樣標(biāo)準(zhǔn)ISO-3082。

（3）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：商品煤的采取方法GB475;煤樣的制備方法GB474。

近年來(lái)，為了有效指引我國(guó)煤炭事業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的版本與內(nèi)容也呈現(xiàn)出持續(xù)更新升級(jí)的態(tài)勢(shì)，具有較高的適用價(jià)值。在工作中，無(wú)論采用何種采樣方法，無(wú)論基于何種工作原理，均應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格符合相關(guān)的規(guī)范要求，方可以保證采樣工作的科學(xué)性。在這一要求引領(lǐng)下，用戶可以基于自身需求，有針對(duì)性的選用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 煤炭采樣系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)研究

3.1 多級(jí)采樣系統(tǒng)

我國(guó)目前常采用的多級(jí)采樣系統(tǒng)主要包括二級(jí)采樣系統(tǒng)和三級(jí)采樣系統(tǒng)。不同級(jí)數(shù)的采樣系統(tǒng)適用的范圍各不相同。其中，二級(jí)采樣系統(tǒng)主要應(yīng)用于流量不超過每小時(shí)2 000 t的或者煤炭的顆粒小于75 mm的運(yùn)輸設(shè)備。二級(jí)采樣系統(tǒng)的工作流程為：初級(jí)系統(tǒng)以固定的頻率將待測(cè)的樣品通過相關(guān)設(shè)備送至破碎機(jī)中，直至將樣品破碎到所需的顆粒大小;然后將處理過后的樣品送至二級(jí)采樣機(jī)中，最終得到可以檢驗(yàn)的小樣，將其送至實(shí)驗(yàn)室中。

不同的是，三級(jí)采樣系統(tǒng)適用于流量大于每小時(shí)2 000 t的或者煤炭的顆粒大于75 mm的運(yùn)輸設(shè)備。三級(jí)采樣系統(tǒng)的工作流程為：首先，根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣頻率獲取一定量的煤炭樣品，并將其送至一級(jí)破碎機(jī)中;然后，將第一步中獲得樣品通過二級(jí)采樣機(jī)按照6倍于一級(jí)采樣頻率獲取樣品;而后，將第二部中獲取的，并將其破碎至要求的顆粒大小;最后，將第三步中破碎得到的樣品基于一定采樣頻率獲取樣品，此時(shí)得到樣品為最終待測(cè)樣品（根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，對(duì)于每1 000 t煤炭需獲取20 kg的樣品），并將其送至試驗(yàn)室中。

3.2 刮板式機(jī)械采樣系統(tǒng)

目前，我國(guó)采樣操作主要采用刮板式機(jī)械采樣系統(tǒng)，該采樣系統(tǒng)主要適用于對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)上煤炭的獲取。刮板式機(jī)械采樣系統(tǒng)主要是基于刮掃的形式對(duì)皮帶輸送機(jī)上的煤炭進(jìn)行全斷面的切割方式獲取樣品。該采樣系統(tǒng)的采樣方式與以往采樣方式相比較而言，從一定程度上降低了毛樣品的質(zhì)量，其獲取樣品的質(zhì)量也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?？偟膩?lái)說(shuō)，刮板式機(jī)械采樣系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。因此，刮板式機(jī)械采樣系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于膠帶采樣設(shè)備，尤其廣泛應(yīng)用于二級(jí)采樣系統(tǒng)和三級(jí)采樣系統(tǒng)中。

3.3 螺旋式機(jī)械采樣系統(tǒng)

螺旋式機(jī)械采樣系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車或者火車等途徑運(yùn)輸煤炭過程中的采樣。該采樣系統(tǒng)主要由四部分組成，分別包括有：鉆頭、提升機(jī)、縮分器以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。在實(shí)際采樣過程中，螺旋式機(jī)械采樣系統(tǒng)在傳統(tǒng)給料、破碎、縮分以及收集等功能的基礎(chǔ)上，為了豐富螺旋式機(jī)械采樣系統(tǒng)的功能，在基礎(chǔ)的采樣系統(tǒng)上增設(shè)了回轉(zhuǎn)梁、行走設(shè)備以及升降設(shè)備。鑒于螺旋式機(jī)械采樣系統(tǒng)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，決定于該系統(tǒng)僅能夠應(yīng)用于二級(jí)采樣系統(tǒng)中。

根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的螺旋式機(jī)械采樣系統(tǒng)，可以分為不同的類別，分別為門式、橋式、塔式等。其中，橋式采樣系統(tǒng)和門式采樣系統(tǒng)主要應(yīng)用于火車運(yùn)輸途徑的采樣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離樣品的采集;其余形式的采樣系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車運(yùn)輸途徑的采樣。

3.4 采樣及在線分析系統(tǒng)

在傳統(tǒng)工作模式下，分析與采樣工作是隔離開來(lái)的，近年來(lái)為了提高工作效率，實(shí)現(xiàn)集約化管理，分析設(shè)備與采樣設(shè)備的融合程度不但加深，這也契合了煤炭企業(yè)的實(shí)際發(fā)展需求。當(dāng)然，在實(shí)際工作過程中，煤炭企業(yè)也應(yīng)當(dāng)依照實(shí)際情況加以權(quán)衡選擇。要避免出現(xiàn)為了追求多功能而忽略實(shí)際需求造成的流程復(fù)雜、成本增加的情況，也可以同設(shè)計(jì)院加強(qiáng)合作，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的選型效果。

4 煤炭采樣設(shè)備選型原則

煤炭實(shí)際采樣過程中，對(duì)設(shè)備的選型需遵循以下幾條原則：

4.1需掌握采樣煤炭的種類和樣品的質(zhì)量

采樣單元是對(duì)一批煤炭進(jìn)行試驗(yàn)所采集的一定量的煤。其中，根據(jù)被測(cè)煤炭的種類確定樣品的個(gè)數(shù)，通過設(shè)定一定的采樣精密度最終決定樣品的個(gè)數(shù)多少。一般情況下，將煤炭的運(yùn)輸流量確定為一個(gè)采樣單元。

4.2 需掌握煤炭的最大粒度

煤炭的最大粒度指的是當(dāng)采樣設(shè)備上累積煤炭的百分比達(dá)到5%時(shí)，篩孔的直徑大小。一般情況下，根據(jù)煤炭的最大粒度確定采樣設(shè)備的尺寸，從而也決定了所采集樣品的質(zhì)量。

4.3 需掌握所采集煤炭的水分的含量大小和運(yùn)輸皮帶的寬度

根據(jù)所采集煤炭水分含量的大小可以得出采樣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力大小;根據(jù)運(yùn)輸皮帶的寬度可以得出采樣系統(tǒng)的容積和相關(guān)長(zhǎng)度值。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著對(duì)煤炭質(zhì)量的要求越來(lái)越高，需要一套性能優(yōu)越的采煤設(shè)備為之服務(wù)。然而，煤炭采樣設(shè)備的選型涉及到的眾多因素中以樣品的質(zhì)量、最大粒度以及運(yùn)輸速度等為關(guān)鍵因素。因此，在對(duì)煤炭采樣設(shè)備選型時(shí)需綜合考慮樣品數(shù)目、樣品質(zhì)量以及采樣頭切割速度等因素，以確保最終所采煤炭的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：華能海南發(fā)電股份有限公司東方電廠）