煤炭制樣用旋轉縮分機的性能評價方法探究

初奎明，王 建，沈玉雙，吳碧海

(浙江越華能源檢測有限公司，浙江 寧波 315211)

0 引 言

煤炭檢測包括采樣、制樣和化驗，其中制樣是通過破碎、混合、縮分和干燥等步驟將采集的煤樣制備成能代表原來煤樣特性的分析用煤樣[1-9]，而在制樣和化驗中誤差幾乎全產(chǎn)生于縮分和從分析煤樣中抽取出少量煤樣的過程[10]。制樣工作中縮分方式有機械縮分法和人工縮分法，機械縮分法較人工縮分方法能有效避免人為影響，降低勞動強度，提高工作效率。隨著煤炭成本在火力發(fā)電中的占比不斷增加，電廠對燃煤驗收的要求也在不斷提高，大量電廠均引入了自動采制樣系統(tǒng)，對于沿海電廠，海運船舶通常占比較大，自動采制樣系統(tǒng)采集的煤樣量也相應較大，為提高縮分精密度、工作效率和減輕勞動強度，電動縮分機是較佳的選擇。

電動縮分機投入使用前，需要進行精密度核驗和偏倚試驗，以確認縮分后的留樣能代表縮分前的試樣特性。GB/T 19494.2—2004、GB/T 19494.3—2004和DL/T 1339—2014等標準對聯(lián)合破碎機的性能試驗進行規(guī)定[11-13]，而關于制樣縮分機性能試驗的研究大多采取單份或2份的驗證留樣[14-24]。劉占賓[25]將旋轉混合縮分機縮分后試樣合并成2份后進行驗證，未對縮分后的每份樣進行精密度核驗，未對留取單份、2份試樣的情況進行偏倚試驗。筆者對1次可將試樣分成8份的旋轉縮分機進行性能試驗，對每份試樣單獨制樣化驗進行精密度核驗，并對留取單份、2份、4份樣的情況進行偏倚試驗，全面評價實際工作中在多種留樣情況下的縮分機性能。

1 旋轉縮分機工作原理及技術參數(shù)核驗

旋轉縮分機主要由裝料斗、給料溜槽、振動器、接樣斗、變頻減速電機、控制箱等組成,接樣斗設計為8個等分圓,結構如圖1所示。其原理為物料倒入進料斗,斗內(nèi)物料落到振動給料機出料槽,振動給料機均勻送出物料,出料槽口進入轉子總成縮分,物料被切割到若干等分扇形容器內(nèi),根據(jù)留取份數(shù)實現(xiàn)不同的縮分比。旋轉縮分機的技術參數(shù)見表1。

表1 旋轉縮分機的技術參數(shù)Table 1 Technical parameters of rotary sampler

圖1 旋轉縮分機結構示意Fig.1 Structure of rotary reduction machine

2 旋轉縮分機的縮分均勻性檢驗

核驗旋轉縮分機將煤樣縮分為8份樣品間質(zhì)量的一致性，準備10份60 kg左右標準最大粒度為13 mm的煤樣，分別使用該旋轉縮分機進行縮分，稱量各接樣桶中試樣重量，結果見表2。

表2 旋轉縮分機縮分后各樣桶試樣質(zhì)量Table 2 Sample quality of each sample barrel after reduction by rotary reduction machine

根據(jù)表2結果統(tǒng)計分析，10組樣品縮分后，每組8份試樣質(zhì)量的相對標準偏RSD最大為2.02%，最小1.21%，小于10.0%[4]，可認為該旋轉縮分機縮分后各份試樣質(zhì)量均勻性滿足要求。

3 旋轉縮分機的縮分精密度核驗

核驗旋轉縮分機縮分精密度，準備20份120 kg以上標準最大粒度為13 mm的煤樣，使用該旋轉縮分機進行縮分，然后將各接樣桶中煤樣用精密度合格，且無實質(zhì)性偏倚的破碎機破碎至3 mm，留樣用二分器縮分出不少于700 g的試驗，過篩、破碎使之全部通過3 mm圓孔篩，縮分出100 g以上試樣，干燥、制粉、過篩、空氣平衡后測定水分和灰分，結果見表3。根據(jù)表3中的旋轉縮分機精密度核驗數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，按式(1)計算每組試樣的標準偏差，按式(2)計算10組試樣的合成總精密度，可得前10組sz1=0.24，后10組sz2=0.25。

表3 旋轉縮分機精密度核驗數(shù)據(jù)Table 3 Verification data of precision of rotary reduction machine

(1)

(2)

10組且每組縮分為8份試樣，自由度n=70，按式(4)、(5)計算95%置信概率制樣化驗目標精密度范圍，下限為0.20，上限為0.28，核驗連續(xù)2個10組試驗結果標準偏差均在范圍內(nèi)，精密度符合要求。

(3)

(4)

(5)

4 縮分偏倚試驗

旋轉縮分機縮分偏倚試驗，準備20份120 kg以上標準最大粒度為13 mm的煤樣，使用該旋轉縮分機進行縮分，然后將各接樣桶中煤樣用精密度合格，且無系統(tǒng)偏倚的破碎機破碎至3 mm，留樣用二分器縮分至不少于700 g，過篩、破碎使之全部通過3 mm圓孔篩，縮分出100 g以上試樣，干燥、制粉、過篩、空氣平衡后測定水分和灰分，結果見表4。

表4 旋轉縮分機偏倚試驗原始數(shù)據(jù)Table 4 Raw data of bias test of rotary reduction machine

根據(jù)實際制樣情況，旋轉縮分機留取樣品情況分為：留取單份試樣、2份試樣(相對位置2桶樣合并)、4份試樣(間隔位置樣4桶合并)3種。取A號位置試樣為“單份樣”，取相對位置的A號和E號試樣合并為“2份樣”，取間隔位置A號、C號、E號、G號試樣合并為“4份樣”。根據(jù)選取試驗位置對結果進行加權統(tǒng)計分析，其結果見表5。

表5 旋轉縮分機偏倚試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 5 Statistics of bias test data of rotary reduction machine

(6)

式中，C為最大方差準數(shù)，di為留樣與參比樣的差值，dmax為每組中差值最大值。

(7)

(8)

(9)

5 結 論

電動縮分機在進行精密度核驗和偏倚試驗以后方可投入使用，即需對煤炭制樣用旋轉縮分機進行性能評價以確?？s分后的留樣能代表縮分前的試樣特性。通過探究煤炭制樣用旋轉縮分機的性能評價方法，從切割速度、切割子樣數(shù)、開口尺寸等技術參數(shù)、縮分后試樣質(zhì)量均勻性、縮分精密度及縮分系統(tǒng)偏倚等方面評價該旋轉縮分機是否滿足要求，通過縮分后試樣質(zhì)量的均勻性對計算縮分后各份試樣質(zhì)量的變異系數(shù)進行評價，可得出以下結論：

(1)旋轉縮分機各項技術參數(shù)滿足GB/T 474—2008要求，縮分后各桶留樣間質(zhì)量均勻性滿足要求。

(2)經(jīng)核驗旋轉縮分機縮分精密度滿足GB/T 474—2008要求。

(3)經(jīng)試驗灰分最大允許偏倚取B=0.15%的情況下，“單份樣”和“2份樣”可接受為無偏倚，“4份樣”可接受為無實質(zhì)性偏倚，且留樣份數(shù)越多，差值的標準偏差sd和存在的最大偏倚越小。

綜上，該旋轉縮分機縮分后各留樣間質(zhì)量均勻、精密度滿足標準要求，可接受為無偏倚系統(tǒng)。且縮分機的投用能大大提高工作效率、減輕勞動強度，避免了人為因素對縮分精度的影響；同時該旋轉縮分機能將煤樣一次均勻分成8份，可根據(jù)制樣需求留取相應樣品量，避免了因樣品量大而進行的人工多次縮分所導致的水分損失，從而提高了樣品制備的代表性。