立式對輥散煤快速制樣設備的特點及應用

鮑 培，周 敬

（河北省產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院，河北石家莊 050000）

0 引言

散煤燃燒是治理大氣污染需要重點管控的突出問題，河北省《劣質散煤質量管控專項實施方案》明確要求“強化煤炭生產(chǎn)、運輸環(huán)節(jié)的質量監(jiān)管”“嚴厲打擊生產(chǎn)、運輸不合格煤炭的行為，實現(xiàn)煤炭質量的明顯好轉”。目前國內(nèi)散煤制樣需要經(jīng)過樣品破碎、縮分、干燥、制粉、分裝等5 個環(huán)節(jié)，實驗室制樣方式普遍采用錘式破碎機破碎、二分器或手動縮分、鼓風干燥箱干燥，一般樣品的制樣時間約5 h，特殊樣品8～10 h，制樣周期較長，難以滿足目前對散煤質量監(jiān)管的需求。

1 實驗室煤樣制備的方法與特點

按照國家標準GB 474—2008《煤樣的制備方法》的要求，煤樣制樣實驗室應不受外來灰塵的影響，要有除塵裝置。實驗室地面應為水泥地面，堆摻縮分區(qū)還要在水泥地面上鋪以厚度不低于6 mm 的鋼板。而實驗室制樣設備需要包括破碎機、密封式研磨機和精密度符合要求的各種縮分機和聯(lián)合破碎縮分機等，以及振篩機、標準篩、鼓風干燥箱等相關設備。

實驗室制樣的整體流程為：破碎至25 mm→縮分40 kg→破碎至13 mm→縮分15 kg→空氣干燥→破碎至6 mm（全水分煤樣）→破碎至3 mm→縮分700 g→破碎至0.2 mm→獲得樣品60～300 g。實驗室煤樣制備方式利用常規(guī)制樣設備完成樣品制備，對實驗室面積和環(huán)境有相對嚴格的要求。

2 立式對輥散煤快速制樣設備的功能設計

本項目重點研究在散煤智能快速取樣站基礎上的散煤快速制樣設備，通過對現(xiàn)有實驗室檢驗手段的改善和創(chuàng)新，采用新型的機械模式大大提高散煤制樣的速度，實現(xiàn)散煤的快速取樣、快速制樣一體化，推進散煤快速檢測流動實驗室的研發(fā)。本制樣設備采用垂直立式結構設計，樣品制樣程序在一個垂直流程內(nèi)完成（圖1）。

2.1 樣品制備的功能實現(xiàn)

本整體設備由8 個結構模塊配合而成，樣品制備的實現(xiàn)流程為：初級破碎→初級縮分→二級破碎→二級縮分→樣品制粉→三級縮分→分離雜質以及風干模塊和傳動系統(tǒng)（圖1）。

圖1 立式對輥散煤快速制樣設備的工作流程

2.2 功能模塊的結構設計

（1）初級破碎。采用交叉齒式對輥進行初級破碎，對輥采用高強度鋼制材料：對輥破碎較錘式破碎能夠實現(xiàn)機械機構的簡單化，減少破碎式的振動；交叉齒螺旋式分布方式在進樣時實現(xiàn)了主動咬合樣品，以提升大塊樣品的進樣效率；對輥采用異步傳動，對散煤樣塊增加剪切方向的用力，提升破碎效率；利用交叉齒之間、交叉齒和設備內(nèi)壁之間的間隙控制初步破碎的樣品粒度，初級破碎樣品粒度控制在6 mm 以內(nèi)。

（2）初級縮分及備樣分離。利用水平均布四分器的方式對樣品進行初級縮分，中間1/4 的樣品作為檢驗樣品進入下一步二級粉碎流程，左側2/4 的樣品作為縮分肥料進入肥料桶，最右側1/4 作為備樣進入備樣桶，實現(xiàn)初步縮分及備樣分離。

（3）二級破碎與縮分。二級破碎采用與初級破碎相同原理，在結構設計上對輥采用異步轉速，保證破碎效果。交叉齒之間、交叉齒和設備內(nèi)壁之間的間隙控制在3 mm，二級破碎樣品粒度控制在3 mm 以內(nèi)。二級縮分采用二分器原理縮分，1/2 進入下一制樣流程、1/2 進入廢樣桶。

（4）制粉及三級縮分。制粉采用粗糙面對輥磨粉，雙輥異步轉動，輥間距控制在0.2 mm，制粉后樣品粒度在0.2 mm 以內(nèi)。三級縮分采用二分器原理縮分，1/2 進入下一制樣流程、1/2 進入廢樣桶。

（5）樣品分離與收集。在制樣的整個流程中，立式對輥散煤快速制樣設備實現(xiàn)了3 次樣品縮分，充分實現(xiàn)了制樣樣品取樣的均勻性和代表性：在初級縮分中分離備樣；三級縮分后收集檢樣；二級縮分、三級縮分、雜質分離模塊分離廢樣。

3 立式對輥散煤快速制樣設備的理論依據(jù)

按照GB/T 474—2008 的要求，試驗煤樣包括水分測定試樣、一般分析試驗煤樣和存查煤樣。其中，水分測定試樣可以采用粒度不大于13 mm 或粒度不大于6 mm 的兩種試樣；一般分析試驗煤樣粒度應不大于0.2 mm，試驗質量在60～300 g；在原始煤樣制備的同時需要存查煤樣，用相同的程序于一定的制樣階段分散，一般可以標稱最大粒度為3 mm 的煤樣700 g 作為存查煤樣。

按照GB/T 474—2008，全水分測定煤樣既可由水分專用煤樣制備，也可在共用煤樣制備過程中分散。全水分測定煤樣：當試樣量和粒度過大時，可以在破碎到13 mm 前增加一個制樣階段；當實樣水分較低而且使用沒有實質性偏倚的破碎縮分機械時，可以一次破碎到6 mm，然后縮分到1.25 kg。一般分析試驗煤樣應滿足一般物理化學特性參數(shù)測定有關國家標準要求，通常分2～3個階段進行，每階段由干燥（需要時）、破碎、混合（需要時）和縮分構成。必要時可根據(jù)具體情況增加或減少縮分階段。為方便采樣，多數(shù)情況下采取全水分測定和一般分析實驗用的共用煤樣。

立式對輥散煤快速制樣設備參照GB/T 474—2008 要求，研究設計、制造出滿足試驗煤樣要求，可以同時制備6 mm 粒度全水分試驗煤樣、3 mm 粒度存查備樣和0.2 mm 粒度的一般分析試驗煤樣，不僅提升實驗室散煤制樣效率，還可以滿足散煤監(jiān)管特別是運輸領域散煤質量監(jiān)管的要求，實現(xiàn)散煤的快速取樣、快速制樣一體化，推進散煤快速檢測流動實驗室的研發(fā)。

4 立式對輥散煤快速制樣設備的特點與指標

隨著國家大氣污染治理工作的深化，傳統(tǒng)的實驗室檢測制備速度難以滿足監(jiān)管工作的需求，研發(fā)散煤快速檢測流動實驗室勢在必行。立式對輥散煤快速制樣設備研發(fā)項目的目標是實現(xiàn)散煤樣品的快速制備，將散煤制樣系統(tǒng)的設備輕便化、場地要求簡單化，實現(xiàn)散煤制樣過程中快速制備、效果合理、功能完善、結構輕便、功能延伸等多項技術指標優(yōu)化。

4.1 結構特點

（1）整體采用立式結構，充分利用樣品下落的自然狀態(tài)，實現(xiàn)散煤制樣的系統(tǒng)集成化，大大減少樣品的搬運，降低勞動強度，實現(xiàn)了散煤制樣設備的新模式。

（2）散煤粉碎采用交叉齒對輥方式，充分保證了散煤樣品的粉碎效果，在煤炭制樣領域首次采用交叉齒對輥。目前散煤制樣粉碎主要是錘擊式，設備整機較為笨重，而交叉齒對輥在粉碎過程中增加了樣品的受力，設備運行穩(wěn)定，大大降低了振動和粉塵。

（3）散煤粉碎對輥采用異步運行，在粉碎過程中增加了橫向剪切力，樣品除了受到雙輥擠壓力之外，還增加了橫向剪切力和研磨效果，這樣在粉碎過程中樣品會受到雙重作用力，有利于充分粉碎。

（4）散煤干燥采用全過程風干，充分提升了樣品風干效果：一是設備的兩側設計為碳纖維加熱板，樣品的整個制備過程在較高溫度環(huán)境下進行；二是設備低端設計熱鼓風，與樣品的制備對向鼓風，提升樣品的干燥效果。

4.2 技術指標

本研發(fā)項目的目標是實現(xiàn)散煤樣品的快速制備，達到實驗室檢驗對散煤樣品的要求，將散煤制樣系統(tǒng)的設備輕便化、場地要求簡單化。

（1）快速制備：立式對輥散煤快速制樣設備利用對輥破碎、自動縮分、風透干燥的方式提升了制樣速度，將原來實驗室散煤樣品制備時間由5～8 h 縮短至10～20 min，實現(xiàn)散煤樣品的快速制備。

（2）效果合理：立式對輥散煤快速制樣設備按照煤炭產(chǎn)品的檢驗標準研制，制備樣品的最終粒度在0.2 mm 以內(nèi)，滿足散煤檢驗對樣品的要求。

（3）功能完善：本設備參照實驗室制樣的流程要求，對各個環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化，樣品制備的過程包括初步破碎、初步縮分、二次破碎、二次縮分、樣品風干、雜質分離、備樣留存、廢樣收集等多項功能。

（4）輕捷簡便：立式對輥散煤快速制樣設備將目前實驗室的破碎制樣機、鼓風干燥箱、二分器、制粉機、標準篩等設備的功能進行了整合，將樣品的破碎、縮分、干燥、制粉功能融于一體，最大限度提升設備的輕便程度，降低樣品制備對試驗場地的要求。

（5）功能延伸：本設備能夠獨立作為制樣設備使用，同時也能與散煤智能快速取樣站進行連接，實現(xiàn)取樣、制樣功能一體化，延伸功能。

5 立式對輥散煤快速制樣設備的推廣與發(fā)展

本設備在散煤質量監(jiān)管方面作用突出，社會效益顯著，主要有以下3 個：

（1）解決了散煤制樣時間長的難題，解決了散煤質量監(jiān)管與運輸行業(yè)的矛盾，在散煤監(jiān)管的工作中實現(xiàn)了政府質量監(jiān)管機構和運輸機構融合。

（2）與前期的快速取樣站配套使用，更有利于快速取制樣設備的推廣，將大大提升散煤的質量，提升人們的生活質量，減少散煤燃燒產(chǎn)生的大氣污染物，為全省乃至全國的大氣污染質量工作提供技術保障。

（3）開創(chuàng)了散煤監(jiān)管的新方式，為其他產(chǎn)品的監(jiān)管方式提供借鑒和經(jīng)驗。

6 結束語

立式對輥散煤快速制樣設備是在國家大氣污染治理工作深化，為滿足省界在運散煤質量監(jiān)管工作需求，實現(xiàn)散煤樣品的快速制備，實現(xiàn)散煤制樣系統(tǒng)的設備輕便化、場地要求簡單化，同時能夠達到快速制備、功能齊全、效果合理，實現(xiàn)實驗室對樣品制備要求而專項研發(fā)的快速制樣設備。該設備整體采用立式結構，實現(xiàn)了散煤制樣的系統(tǒng)集成化，減少了占用空間、降低了搬運勞動強度；相對于傳統(tǒng)實驗室錘式破碎機，降低了制樣過程中的振動，有效減少粉塵；同時三級破碎過程采用可調、可拆卸方式，能夠最大限度減少混樣品的風險，同時大大提升制樣效率。