一種煤炭電動縮分機的設計與應用

劉奧灝 張 賀 張 磊

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

煤質特性以煤質檢驗結果為依據，煤質檢驗工作包括對大批量煤炭進行采樣、制樣及化驗三個相互聯系又相對獨立的環節，規范電力行業煤質檢驗工作對加強電廠煤質監督，確保入廠、入爐煤質質量，保證鍋爐機組安全經濟運行及降低發電成本有著極為重要的意義。

在煤炭制樣操作環節中，縮分環節是最為重要的一項操作。目前，通常采用人工方法用堆錐四分法和二分器法進行縮分，但人工縮分方法通常存在一些問題，例如由于樣品質量大、操作程序復雜，部分操作人員任意簡化程序、不按標準規定的規范方法操作。

隨著技術的不斷發展，各發電企業都力求實施機械化作業，減少人工操作的比重。目前，已有不少機械化的縮分設備，但大多出現在采樣工作中，制樣工作涉及的縮分設備又通常與破碎設備聯合使用，即破碎縮分機或聯合制樣機，但此類設備一般結構復雜、價格昂貴、維修難度大、維護成本高。因此，設計一種結構簡單、操作便捷的機械化電動縮分設備是目前亟須解決的問題。

1 設計方案

針對目前煤炭制樣工作中的縮分操作環節存在的一系列問題以及電動縮分設備短缺的現狀，本方案設計了一種結構合理的用于煤樣制備的電動縮分機。設備的結構示意圖見圖1。

設備各個組成部件的設計安裝順序為：入料斗安裝在入料斗支撐桿上，入料斗支撐桿安裝在底座上，落料管安裝在入料斗的底部，接料斗放置在底座上，且接料斗位于落料管的下方，電動擋板和旋轉軸分別安裝在電動擋板支撐桿和旋轉軸支撐桿上，電動擋板位于入料斗內，旋轉軸與落料管連接。

圖1 設備結構示意圖

設備各個組成部件的結構或功能為：落料管與入料斗連通，電動擋板和旋轉軸各與一個電機連接，其中電動擋板用于阻隔入料斗與落料管，在電機的作用下，電動擋板可以滑動開啟，開啟后入料斗與落料管相連通。旋轉軸在電機的作用下可以帶動落料管勻速旋轉且轉速可調，通過落料管將入料斗中的樣品均勻地倒入接料斗中。電動擋板支撐桿用于固定和支撐電動擋板，旋轉軸支撐桿用于固定和支撐旋轉軸，入料斗支撐桿用于固定和支撐入料斗。接料斗由四個結構完全相同的四分之一圓柱體容器組成，四部分可以組合成一個完整的圓柱體容器，用于接收從落料管中落下的煤樣。另外，落料管的直徑可調，根據不同煤炭樣品標稱最大粒度，直徑可調為39 mm、18 mm和9 mm，分別用于縮分標稱最大粒度為13 mm、6 mm和3 mm的煤樣。

相比現有技術，使用該用于煤樣制備的電動縮分機進行縮分工作，不但可以提高工作效率，縮短縮分時間，降低煤樣長時間暴露在空氣中可能產生的性質變化，還可以實現一次縮分操作過程的自動化作業，降低由于人為操作不當帶來的縮分誤差，保證樣品縮分的代表性，提高縮分精密度。該裝置結構簡單、操作便捷、維護方便、易于推廣。

2 工作過程

本方案設計的一種用于煤樣制備的電動縮分機的工作過程如下：電動擋板2初始狀態為閉合狀態，根據煤樣的標稱最大粒度調整入料斗1與落料管7的開口尺寸；開啟控制旋轉軸6的電機4，旋轉軸6帶動落料管7開始勻速轉動，調整到合適轉速；將需要縮分的煤樣全部裝入料斗1后，開啟控制電動擋板2的電機4，電動擋板2開始緩慢地滑動開啟；在電動擋板2緩慢滑動開啟的過程中，入料斗1的煤樣通過落料管7落入接料斗8中；接料斗8將煤樣均勻地縮分成4份質量、性質完全相等的煤樣，根據制樣需要，收集其中1部分或2部分煤樣，其余煤樣舍棄；若收集1部分煤樣，可以選擇接料斗8中任意1份煤樣，若收集2部分煤樣，可以選擇接料斗8中任意對角線2份煤樣。

3 設備性能驗證

3.1 試驗方案

本次試驗的主要目的在于檢驗使用該設備對煤炭樣品進行縮分操作是否能夠達到要求。選用粒度為13 mm占5%左右的最常見的煙煤煤樣作為試驗用煤，試驗主要項目包括接料斗的留樣縮分比以及留樣的粒度分析。

留樣縮分比試驗方法為：準備質量約為1 600 g的13 mm試驗煤樣，使用該設備進行縮分操作，縮分完成后收集接料斗中的留樣，將斜對角的兩份樣品混合成為1份煤樣，共得到2份質量約為800 g的留樣，記作留樣1和留樣2。分別稱量留樣1和留樣2的質量，并計算其所占總質量的比例即縮分比。重復進行10次上述縮分試驗，分別計算10次重復試驗得到的縮分比的最大值、最小值、平均值，判斷設備縮分過程的縮分比是否合格。

留樣粒度分析試驗方法為：準備質量約為3 000 g的13 mm試驗煤樣，分別通過不同粒度的試驗篩，稱量煤樣占25～13 mm、13～6 mm、6～3 mm、＜3 mm各粒度級的質量并計算其所占比例。使用該設備對該煤樣進行縮分操作，縮分完成后收集接料斗中的留樣，將斜對角的兩份樣品混合成為1份煤樣，共得到2份質量約為1 600 g的留樣，記作留樣1和留樣2。分別稱量留樣1和留樣2的質量，然后過不同粒度的試驗篩，稱量煤樣占25～13 mm、13～6 mm、6～3 mm、＜3 mm各粒度級的質量并計算其所占比例。重復進行5次上述縮分、過篩試驗，判斷設備縮分過程的粒度分布是否合格。

3.2 縮分比試驗結果

設備的縮分比試驗結果見表1。從表1中可以看出，留樣1的縮分比的平均值、最大值、最小值分別為1/2.01、1/2.06、1/1.98，留樣2的縮分比的平均值、最大值、最小值分別為1/1.99、1/2.02、1/1.95。留樣1和留樣2的縮分比結果非常接近，由此可見，設備的縮分過程比較均勻，縮分比滿足要求。

3.3 粒度分析試驗結果

設備的粒度分析試驗結果見表2。從表2中可以看出，經過5次重復性粒度分析試驗，得到留樣1和留樣2在各粒度段煤樣所占比例非常接近，粒度分布較為均勻，因此設備的粒度分析同樣滿足要求，使用該設備進行縮分不會造成粒度離析。

4 結論

本文設計了一種用于煤炭樣品制備的電動縮分機，該裝置結構簡單、操作便捷、維護方便，使用該裝置進行縮分工作，不但可以提高工作效率，縮短縮分時間，降低煤樣長時間暴露在空氣中可能產生的性質變化，還可以實現一次縮分操作過程的自動化作業，降低由于人為操作不當帶來的縮分誤差，保證樣品縮分的代表性，提高縮分精密度。另外，通過對該設備進行留樣的縮分比和粒度分析試驗，試驗結果表明設備縮分過程均勻，不會造成粒度離析，設備的性能符合要求。

表1 接料斗留樣的縮分比

表2 接收斗留樣的粒度分析