煤炭輸送膠帶中部采樣機(jī)的優(yōu)化改造

呂 舜

(神東質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)檢驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

在煤質(zhì)檢測(cè)的采樣、制樣、化驗(yàn)過(guò)程中，采樣與制樣帶來(lái)的誤差占總誤差的96%，因此，煤質(zhì)檢測(cè)分析結(jié)果的可靠性，在很大程度上取決于采取煤樣的代表性和制樣規(guī)范性[1]。相比傳統(tǒng)人工采樣，機(jī)械化采樣更加準(zhǔn)確。煤炭機(jī)械化采樣與制樣系統(tǒng)在煤礦、電力、化工及港口等行業(yè)的廣泛應(yīng)用[2-8]，替代了傳統(tǒng)人工采樣，不僅能夠極大降低人工采制樣勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是能夠有效降低、消除人為因素在整個(gè)煤炭樣品采集、制備過(guò)程中的影響，從而保證煤炭貿(mào)易的公平公正。但同時(shí)對(duì)于機(jī)械化采樣，人們也往往存在一定程度上的認(rèn)知誤區(qū)，認(rèn)為只要是機(jī)械化采樣獲得的煤質(zhì)結(jié)果就一定準(zhǔn)確，而機(jī)械化采樣機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中普遍存在著堵煤、灑煤、交叉污染等問(wèn)題，這些問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致采取的個(gè)別批次煤樣的最終檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)失真，影響煤炭正常交易流程，引起爭(zhēng)端。

為解決大柳塔煤質(zhì)檢測(cè)室現(xiàn)有帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程中存在的堵煤、灑煤、采樣精度差等一系列問(wèn)題[9-11]，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，并考慮后續(xù)全自動(dòng)制樣和機(jī)器人化驗(yàn)系統(tǒng)的整體應(yīng)用，提出了解決方案，并對(duì)采樣機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化改造升級(jí)。

1 采樣現(xiàn)狀

大柳塔安裝有4臺(tái)帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)，用于對(duì)選煤廠外運(yùn)商品煤進(jìn)行采樣作業(yè)，一般內(nèi)、外環(huán)裝車(chē)同時(shí)作業(yè)，需要2臺(tái)采樣機(jī)同時(shí)進(jìn)行采樣，日均采樣23批次，采樣的煤種多，各煤種之間的全水分、灰分、熱值等指標(biāo)范圍變化大，每列車(chē)都是單一煤種，不存在混裝，采樣機(jī)采樣時(shí)按照每列為一采樣單元進(jìn)行劃分。

2 原帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)

為適應(yīng)裝車(chē)站的電氣化鐵路改造和提高煤炭采樣的準(zhǔn)確性，2011年在大柳塔環(huán)線裝車(chē)站引進(jìn)投用了4臺(tái)帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)，用于對(duì)選煤廠外運(yùn)的商品煤進(jìn)行機(jī)械化采樣。

該類(lèi)型帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)系統(tǒng)由初級(jí)采樣器、初級(jí)給料機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)、管式縮分器、錘式破碎機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)縮分器、樣品收集器、余煤回送裝置等設(shè)備組成，具體相關(guān)參數(shù)和工藝流程如圖1所示。安裝在帶式輸送機(jī)中部位置的初級(jí)采樣器，開(kāi)口尺寸為80 mm，從運(yùn)行中的輸送帶上直接采取初級(jí)子樣，初級(jí)子樣經(jīng)初級(jí)膠帶給料機(jī)進(jìn)入到一級(jí)對(duì)輥破碎機(jī)，將煤樣破碎到粒度50 mm以下后進(jìn)入管式縮分器，管式縮分器將截取的樣品落入二級(jí)錘式破碎機(jī)，其余棄樣進(jìn)入棄料帶式輸送機(jī)；錘式破碎機(jī)將煤樣破碎到粒度13 mm以下，進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)縮分器，經(jīng)二級(jí)縮分，留樣進(jìn)入樣品收集器，棄料進(jìn)入棄料帶式輸送機(jī)，經(jīng)棄樣帶式輸送機(jī)進(jìn)入斗式提升機(jī)，提升回主輸煤裝車(chē)帶式輸送機(jī)。

圖1 原采樣機(jī)總體工藝流程

3 原采樣機(jī)運(yùn)行存在的弊端

原采樣機(jī)因安裝時(shí)間較長(zhǎng)，是行業(yè)內(nèi)早期產(chǎn)品，系統(tǒng)設(shè)計(jì)各方面不完善，同時(shí)使用地點(diǎn)采樣的煤種較多，各煤種之間水分、粒度等指標(biāo)有較大的差異性，導(dǎo)致這一類(lèi)型采樣機(jī)在使用過(guò)程中存在著各種弊端。

3.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性差

進(jìn)入系統(tǒng)給料轉(zhuǎn)運(yùn)的煤流量難以控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻給料，往往采樣機(jī)1次采下的約80 kg樣品在瞬間送入破碎設(shè)備，超出破碎設(shè)備的處理能力，容易發(fā)生堵塞、設(shè)備憋停或煤樣淤積；縮分環(huán)節(jié)采用的管式縮分器，當(dāng)煤量過(guò)大或煤樣水分高、粘度大時(shí)，縮分管極易發(fā)生堵煤，導(dǎo)致設(shè)備故障停機(jī)，以上情況直接影響設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，常需停機(jī)人工干預(yù)，設(shè)備維護(hù)難度大、費(fèi)用高。

3.2 結(jié)果代表性差

原采樣機(jī)工作過(guò)程中的堵煤、漏煤、粘煤情況嚴(yán)重，為減緩系統(tǒng)堵塞問(wèn)題，大部分煤樣在經(jīng)一級(jí)破碎處理后即被縮分棄掉，導(dǎo)致樣品代表性差；帶式輸送機(jī)輸送極易堵煤、漏煤、粘煤，造成樣品嚴(yán)重交叉污染，不僅設(shè)備清理維護(hù)難度大，而且導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果不準(zhǔn)確；同時(shí)帶式輸送機(jī)、管式縮分方式代表性差，會(huì)導(dǎo)致較大的結(jié)果偏倚，且樣品在采制過(guò)程流轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)、堵漏等也會(huì)導(dǎo)致較大的水分損失。

3.3 水分適應(yīng)性差

原采樣機(jī)對(duì)煤種水分的適應(yīng)性無(wú)法做到全覆蓋，目前行業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)來(lái)煤全水分不大于18%，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)采取煤種水分超過(guò)18%時(shí)或?qū)γ耗嗷負(fù)皆斐烧扯容^大的混煤時(shí)，煤樣破碎、輸送、縮分等環(huán)節(jié)會(huì)頻繁出現(xiàn)堵、粘、漏煤和混樣問(wèn)題，煤種適應(yīng)性差。

3.4 大粒度煤的處理

原采樣機(jī)一級(jí)破碎為對(duì)輥破碎機(jī)，對(duì)于精塊等大粒度煤的破碎粒度控制不準(zhǔn)確，部分大粒度煤通過(guò)破碎機(jī)后進(jìn)入后續(xù)的煤樣運(yùn)轉(zhuǎn)、縮分環(huán)節(jié)，造成制樣的精度差、設(shè)備堵煤等問(wèn)題。

3.5 設(shè)備安裝受限

原采樣機(jī)采用兩級(jí)破碎、兩級(jí)縮分的工藝結(jié)構(gòu)，因破碎、縮分、樣品流轉(zhuǎn)、棄煤返還等各環(huán)節(jié)較多，安裝地點(diǎn)空間受限，因此造成擺放空間不足，維護(hù)檢修不便。同時(shí)各環(huán)節(jié)之間的溜煤管角度安裝過(guò)大，各拐角處積煤嚴(yán)重，存在堵煤?jiǎn)栴}。

4 采樣機(jī)的優(yōu)化改造實(shí)施方案

針對(duì)原有帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)應(yīng)用中的各種問(wèn)題，利用現(xiàn)有技術(shù)條件，實(shí)施將管式縮分器、錘式破碎機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)式縮分器分別替換為立式連續(xù)無(wú)篩板破碎機(jī)和一二級(jí)旋轉(zhuǎn)縮分器，并將改造后的設(shè)備分別與對(duì)輥破碎機(jī)、棄料斗提等設(shè)備連接。

4.1 縮分器改造

拆除現(xiàn)有一級(jí)管式縮分器和二級(jí)轉(zhuǎn)臺(tái)式縮分器，更換安裝新式旋轉(zhuǎn)縮分器，實(shí)現(xiàn)全煤流全斷面切割，遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的切割次數(shù)，徹底解決煤樣卡堵和代表性問(wèn)題。

改造后一級(jí)縮分和二級(jí)縮分單元均采用旋轉(zhuǎn)式縮分的方式，縮分器符合GB/T 474—2008[12]、GB/T 19494.2—2004[13]要求，并可根據(jù)入料和留樣質(zhì)量能實(shí)現(xiàn)縮分器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證留樣質(zhì)量基本固定?？s分器能實(shí)現(xiàn)全煤流全斷面切割，切割次數(shù)不小于60次/min?？s分器的縮分盤(pán)、接料斗及落料管均采用不銹鋼制作，確保不堵料?？s分器結(jié)構(gòu)上采用全密封設(shè)計(jì)，防止水分損失以及煤粉外漏，縮分過(guò)程中，不得出現(xiàn)撒樣、堵煤等現(xiàn)象?？s分器設(shè)置自動(dòng)清掃裝置，防止粘煤、堵煤及樣品之間交叉污染?？s分器配備自動(dòng)加注潤(rùn)滑劑裝置，以方便設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)?？s分器可靠性高，故障率低，維修方便，縮分精度高，工作可靠。

4.2 破碎機(jī)改造

拆除現(xiàn)有二級(jí)錘式破碎機(jī)，更換安裝新式防堵立式連續(xù)無(wú)篩板破碎機(jī)，立式破碎機(jī)為底部無(wú)篩條/篩板結(jié)構(gòu)，保證大樣品量煤流順利通過(guò)，徹底解決現(xiàn)有破碎機(jī)堵煤?jiǎn)栴}。

改造后新增的破碎機(jī)采用立式連續(xù)無(wú)篩板式破碎，破碎機(jī)功率從現(xiàn)有的5.5 kW增大到11 kW，破碎效率不小于100 kg/min，破碎機(jī)保證出料粒度，13 mm過(guò)篩率不小于98%，破碎機(jī)內(nèi)不發(fā)生餅煤、存煤、堵煤、粘附等交叉污染，并在破碎機(jī)進(jìn)料口及出料口采用全密封設(shè)計(jì)，防止粉塵飛揚(yáng)。破碎機(jī)的破碎部件采用耐磨材料制作，破碎機(jī)錘頭選用65Mn鋼，保證強(qiáng)度，更換便捷。錘頭使用壽命在5 000 h以上，相同規(guī)格錘頭之間的重量差不超過(guò)±10 g，確保破碎機(jī)的振動(dòng)不超標(biāo)。破碎機(jī)安裝零速檢測(cè)開(kāi)關(guān)，發(fā)生堵煤能及時(shí)報(bào)警，并能將報(bào)警信號(hào)上傳展示在管控系統(tǒng)，破碎機(jī)內(nèi)設(shè)置振打或壓縮空氣吹掃等自動(dòng)清理裝置，有效防止粘煤、堵煤及殘留。配備清掃、檢修、維護(hù)等處理窗口。在水分較大產(chǎn)生堵煤時(shí)，能方便地打開(kāi)機(jī)殼進(jìn)行處理。為了保證系統(tǒng)能正常工作，防止不易破碎的大塊物料進(jìn)入破碎機(jī)而造成設(shè)備的損壞，破碎機(jī)設(shè)置可靠的電氣、機(jī)械雙重保護(hù)，以保證設(shè)備及人員的安全。

4.3 各環(huán)節(jié)溜煤管道及防污染改造

改造斗提機(jī)卸料管及各環(huán)節(jié)溜煤管，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整入料、卸料角度，更換溜煤管材質(zhì)，使煤樣更加順暢通過(guò)，解決管道掛煤、堵煤?jiǎn)栴}。采樣機(jī)煤樣破碎、縮分等各環(huán)節(jié)加裝煤樣清掃裝置，保證各環(huán)節(jié)無(wú)殘留煤樣。

4.4 采樣機(jī)工藝流程優(yōu)化

將采樣機(jī)工藝流程優(yōu)化，如圖2所示。優(yōu)化改造前的流程：一級(jí)對(duì)輥破碎機(jī)→一級(jí)管式縮分器→二級(jí)錘式破碎機(jī)→二級(jí)轉(zhuǎn)臺(tái)式縮分器→樣品收集器；優(yōu)化改造后的流程：一級(jí)對(duì)輥破碎機(jī)→二級(jí)立式連續(xù)無(wú)篩板破碎機(jī)→一級(jí)定質(zhì)量旋轉(zhuǎn)縮分器→二級(jí)定質(zhì)量旋轉(zhuǎn)縮分器→樣品收集器。改造后所有采集的物料均破碎至13 mm后再進(jìn)行縮分，樣品代表性更強(qiáng)。

圖2 系統(tǒng)工藝流程優(yōu)化

5 改造效果分析

針對(duì)造成堵煤的破碎、縮分等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行改造后，采樣機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，整個(gè)采制樣過(guò)程一體化密封設(shè)計(jì)，給料穩(wěn)定均勻，破碎時(shí)無(wú)篩板，物料連續(xù)破碎，縮分設(shè)備采用全煤流全斷面切割，具有自清潔裝置，徹底解決傳統(tǒng)設(shè)備堵煤、漏煤、粘煤、水分損失大等問(wèn)題，大大提升系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，降低了人工處理堵煤的勞動(dòng)強(qiáng)度。采樣機(jī)工藝流程優(yōu)化后，采制樣工作流程更加符合標(biāo)準(zhǔn)，所采煤樣全部經(jīng)過(guò)破碎縮分制樣流程，樣品代表性強(qiáng)。通過(guò)鑒定，采樣機(jī)水分損失率、整機(jī)系統(tǒng)精密度和偏倚結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.1 水分損失率

收集10份煤樣，測(cè)試其全水分，然后將所準(zhǔn)備10份煤樣分批次由人工送入采樣機(jī)，經(jīng)系統(tǒng)制樣裝置破碎縮分后收集留樣并測(cè)定全水分，計(jì)算10份煤樣試驗(yàn)前后水分損失。結(jié)果見(jiàn)表1所示，全水分損失為0.23%，符合標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)要求。

表1 全水分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5.2 整機(jī)系統(tǒng)偏倚

5.3 精密度

在該優(yōu)化改造后的帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)正常工作狀態(tài)下，按照雙倍子樣數(shù)雙份采樣方法采取試驗(yàn)用樣品。采取的子樣經(jīng)破碎縮分單元進(jìn)行樣品制備，之后分別合并成2個(gè)煤樣A1和B1，將A1和B1組成1個(gè)樣品對(duì)，重復(fù)上述操作，共收集10對(duì)煤樣，制備成一般分析試驗(yàn)煤樣，測(cè)試并計(jì)算出灰分Ad，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，經(jīng)計(jì)算依次得出，精密度上限=auP=1.75×P=0.44(%)，精密度下限=aLP=0.70×P=0.17(%)，期望精密度P預(yù)期=0.8%，有P預(yù)期>auP，說(shuō)明實(shí)際精密度優(yōu)于期望精密度，該優(yōu)化改造后的帶式輸送機(jī)中部采樣機(jī)的總精密度符合要求。

表2 灰分偏倚試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 精密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié) 語(yǔ)

大柳塔煤質(zhì)檢測(cè)室通過(guò)對(duì)采樣機(jī)的技術(shù)改造，徹底解決了設(shè)備堵煤、漏煤、粘煤等問(wèn)題，提高了采制樣的準(zhǔn)確性，避免了煤質(zhì)糾紛的發(fā)生，同時(shí)為后期投用采樣機(jī)的設(shè)備選型積累了經(jīng)驗(yàn)。