立式對輥散煤快速制樣設備的特點及應用

鮑 培，周 敬

（河北省產品質量監督檢驗研究院，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、運輸環節的質量監管”“嚴厲打擊生產、運輸不合格煤炭的行為，實現煤炭質量的明顯好轉”。目前國內散煤制樣需要經過樣品破碎、縮分、干燥、制粉、分裝等5 個環節，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制樣設備完成樣品制備，對實驗室面積和環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，通過對現有實驗室檢驗手段的改善和創新，采用新型的機械模式大大提高散煤制樣的速度，實現散煤的快速取樣、快速制樣一體化，推進散煤快速檢測流動實驗室的研發。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完成（圖1）。

2.1 樣品制備的功能實現

本整體設備由8 個結構模塊配合而成，樣品制備的實現流程為：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（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。

（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。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。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了3 次樣品縮分，充分實現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

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。必要時可根據具體情況增加或減少縮分階段。為方便采樣，多數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，還可以滿足散煤監管特別是運輸領域散煤質量監管的要求，實現散煤的快速取樣、快速制樣一體化，推進散煤快速檢測流動實驗室的研發。

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，傳統的實驗室檢測制備速度難以滿足監管工作的需求，研發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項目的目標是實現散煤樣品的快速制備，將散煤制樣系統的設備輕便化、場地要求簡單化，實現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，實現散煤制樣的系統集成化，大大減少樣品的搬運，降低勞動強度，實現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

本研發項目的目標是實現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品的檢驗標準研制，制備樣品的最終粒度在0.2 mm 以內，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，對各個環節進行了優化，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展

本設備在散煤質量監管方面作用突出，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，解決了散煤質量監管與運輸行業的矛盾，在散煤監管的工作中實現了政府質量監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）開創了散煤監管的新方式，為其他產品的監管方式提供借鑒和經驗。

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管工作需求，實現散煤樣品的快速制備，實現散煤制樣系統的設備輕便化、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，實現實驗室對樣品制備要求而專項研發的快速制樣設備。該設備整體采用立式結構，實現了散煤制樣的系統集成化，減少了占用空間、降低了搬運勞動強度；相對于傳統實驗室錘式破碎機，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。