煤炭制样用旋转缩分机的性能评价方法探究

初奎明，王 建，沈玉双，吴碧海

(浙江越华能源检测有限公司，浙江 宁波 315211)

0 引 言

煤炭检测包括采样、制样和化验，其中制样是通过破碎、混合、缩分和干燥等步骤将采集的煤样制备成能代表原来煤样特性的分析用煤样[1-9]，而在制样和化验中误差几乎全产生于缩分和从分析煤样中抽取出少量煤样的过程[10]。制样工作中缩分方式有机械缩分法和人工缩分法，机械缩分法较人工缩分方法能有效避免人为影响，降低劳动强度，提高工作效率。随着煤炭成本在火力发电中的占比不断增加，电厂对燃煤验收的要求也在不断提高，大量电厂均引入了自动采制样系统，对于沿海电厂，海运船舶通常占比较大，自动采制样系统采集的煤样量也相应较大，为提高缩分精密度、工作效率和减轻劳动强度，电动缩分机是较佳的选择。

电动缩分机投入使用前，需要进行精密度核验和偏倚试验，以确认缩分后的留样能代表缩分前的试样特性。GB/T 19494.2—2004、GB/T 19494.3—2004和DL/T 1339—2014等标准对联合破碎机的性能试验进行规定[11-13]，而关于制样缩分机性能试验的研究大多采取单份或2份的验证留样[14-24]。刘占宾[25]将旋转混合缩分机缩分后试样合并成2份后进行验证，未对缩分后的每份样进行精密度核验，未对留取单份、2份试样的情况进行偏倚试验。笔者对1次可将试样分成8份的旋转缩分机进行性能试验，对每份试样单独制样化验进行精密度核验，并对留取单份、2份、4份样的情况进行偏倚试验，全面评价实际工作中在多种留样情况下的缩分机性能。

1 旋转缩分机工作原理及技术参数核验

旋转缩分机主要由装料斗、给料溜槽、振动器、接样斗、变频减速电机、控制箱等组成,接样斗设计为8个等分圆,结构如图1所示。其原理为物料倒入进料斗,斗内物料落到振动给料机出料槽,振动给料机均匀送出物料,出料槽口进入转子总成缩分,物料被切割到若干等分扇形容器内,根据留取份数实现不同的缩分比。旋转缩分机的技术参数见表1。

表1 旋转缩分机的技术参数Table 1 Technical parameters of rotary sampler

图1 旋转缩分机结构示意Fig.1 Structure of rotary reduction machine

2 旋转缩分机的缩分均匀性检验

核验旋转缩分机将煤样缩分为8份样品间质量的一致性，准备10份60 kg左右标准最大粒度为13 mm的煤样，分别使用该旋转缩分机进行缩分，称量各接样桶中试样重量，结果见表2。

表2 旋转缩分机缩分后各样桶试样质量Table 2 Sample quality of each sample barrel after reduction by rotary reduction machine

根据表2结果统计分析，10组样品缩分后，每组8份试样质量的相对标准偏RSD最大为2.02%，最小1.21%，小于10.0%[4]，可认为该旋转缩分机缩分后各份试样质量均匀性满足要求。

3 旋转缩分机的缩分精密度核验

核验旋转缩分机缩分精密度，准备20份120 kg以上标准最大粒度为13 mm的煤样，使用该旋转缩分机进行缩分，然后将各接样桶中煤样用精密度合格，且无实质性偏倚的破碎机破碎至3 mm，留样用二分器缩分出不少于700 g的试验，过筛、破碎使之全部通过3 mm圆孔筛，缩分出100 g以上试样，干燥、制粉、过筛、空气平衡后测定水分和灰分，结果见表3。根据表3中的旋转缩分机精密度核验数据数据，按式(1)计算每组试样的标准偏差，按式(2)计算10组试样的合成总精密度，可得前10组sz1=0.24，后10组sz2=0.25。

表3 旋转缩分机精密度核验数据Table 3 Verification data of precision of rotary reduction machine

(1)

(2)

10组且每组缩分为8份试样，自由度n=70，按式(4)、(5)计算95%置信概率制样化验目标精密度范围，下限为0.20，上限为0.28，核验连续2个10组试验结果标准偏差均在范围内，精密度符合要求。

(3)

(4)

(5)

4 缩分偏倚试验

旋转缩分机缩分偏倚试验，准备20份120 kg以上标准最大粒度为13 mm的煤样，使用该旋转缩分机进行缩分，然后将各接样桶中煤样用精密度合格，且无系统偏倚的破碎机破碎至3 mm，留样用二分器缩分至不少于700 g，过筛、破碎使之全部通过3 mm圆孔筛，缩分出100 g以上试样，干燥、制粉、过筛、空气平衡后测定水分和灰分，结果见表4。

表4 旋转缩分机偏倚试验原始数据Table 4 Raw data of bias test of rotary reduction machine

根据实际制样情况，旋转缩分机留取样品情况分为：留取单份试样、2份试样(相对位置2桶样合并)、4份试样(间隔位置样4桶合并)3种。取A号位置试样为“单份样”，取相对位置的A号和E号试样合并为“2份样”，取间隔位置A号、C号、E号、G号试样合并为“4份样”。根据选取试验位置对结果进行加权统计分析，其结果见表5。

表5 旋转缩分机偏倚试验数据统计Table 5 Statistics of bias test data of rotary reduction machine

(6)

式中，C为最大方差准数，di为留样与参比样的差值，dmax为每组中差值最大值。

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(8)

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5 结 论

电动缩分机在进行精密度核验和偏倚试验以后方可投入使用，即需对煤炭制样用旋转缩分机进行性能评价以确保缩分后的留样能代表缩分前的试样特性。通过探究煤炭制样用旋转缩分机的性能评价方法，从切割速度、切割子样数、开口尺寸等技术参数、缩分后试样质量均匀性、缩分精密度及缩分系统偏倚等方面评价该旋转缩分机是否满足要求，通过缩分后试样质量的均匀性对计算缩分后各份试样质量的变异系数进行评价，可得出以下结论：

(1)旋转缩分机各项技术参数满足GB/T 474—2008要求，缩分后各桶留样间质量均匀性满足要求。

(2)经核验旋转缩分机缩分精密度满足GB/T 474—2008要求。

(3)经试验灰分最大允许偏倚取B=0.15%的情况下，“单份样”和“2份样”可接受为无偏倚，“4份样”可接受为无实质性偏倚，且留样份数越多，差值的标准偏差sd和存在的最大偏倚越小。

综上，该旋转缩分机缩分后各留样间质量均匀、精密度满足标准要求，可接受为无偏倚系统。且缩分机的投用能大大提高工作效率、减轻劳动强度，避免了人为因素对缩分精度的影响；同时该旋转缩分机能将煤样一次均匀分成8份，可根据制样需求留取相应样品量，避免了因样品量大而进行的人工多次缩分所导致的水分损失，从而提高了样品制备的代表性。