一种煤炭电动缩分机的设计与应用

刘奥灏 张 贺 张 磊

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

0 引言

煤质特性以煤质检验结果为依据，煤质检验工作包括对大批量煤炭进行采样、制样及化验三个相互联系又相对独立的环节，规范电力行业煤质检验工作对加强电厂煤质监督，确保入厂、入炉煤质质量，保证锅炉机组安全经济运行及降低发电成本有着极为重要的意义。

在煤炭制样操作环节中，缩分环节是最为重要的一项操作。目前，通常采用人工方法用堆锥四分法和二分器法进行缩分，但人工缩分方法通常存在一些问题，例如由于样品质量大、操作程序复杂，部分操作人员任意简化程序、不按标准规定的规范方法操作。

随着技术的不断发展，各发电企业都力求实施机械化作业，减少人工操作的比重。目前，已有不少机械化的缩分设备，但大多出现在采样工作中，制样工作涉及的缩分设备又通常与破碎设备联合使用，即破碎缩分机或联合制样机，但此类设备一般结构复杂、价格昂贵、维修难度大、维护成本高。因此，设计一种结构简单、操作便捷的机械化电动缩分设备是目前亟须解决的问题。

1 设计方案

针对目前煤炭制样工作中的缩分操作环节存在的一系列问题以及电动缩分设备短缺的现状，本方案设计了一种结构合理的用于煤样制备的电动缩分机。设备的结构示意图见图1。

设备各个组成部件的设计安装顺序为：入料斗安装在入料斗支撑杆上，入料斗支撑杆安装在底座上，落料管安装在入料斗的底部，接料斗放置在底座上，且接料斗位于落料管的下方，电动挡板和旋转轴分别安装在电动挡板支撑杆和旋转轴支撑杆上，电动挡板位于入料斗内，旋转轴与落料管连接。

图1 设备结构示意图

设备各个组成部件的结构或功能为：落料管与入料斗连通，电动挡板和旋转轴各与一个电机连接，其中电动挡板用于阻隔入料斗与落料管，在电机的作用下，电动挡板可以滑动开启，开启后入料斗与落料管相连通。旋转轴在电机的作用下可以带动落料管匀速旋转且转速可调，通过落料管将入料斗中的样品均匀地倒入接料斗中。电动挡板支撑杆用于固定和支撑电动挡板，旋转轴支撑杆用于固定和支撑旋转轴，入料斗支撑杆用于固定和支撑入料斗。接料斗由四个结构完全相同的四分之一圆柱体容器组成，四部分可以组合成一个完整的圆柱体容器，用于接收从落料管中落下的煤样。另外，落料管的直径可调，根据不同煤炭样品标称最大粒度，直径可调为39 mm、18 mm和9 mm，分别用于缩分标称最大粒度为13 mm、6 mm和3 mm的煤样。

相比现有技术，使用该用于煤样制备的电动缩分机进行缩分工作，不但可以提高工作效率，缩短缩分时间，降低煤样长时间暴露在空气中可能产生的性质变化，还可以实现一次缩分操作过程的自动化作业，降低由于人为操作不当带来的缩分误差，保证样品缩分的代表性，提高缩分精密度。该装置结构简单、操作便捷、维护方便、易于推广。

2 工作过程

本方案设计的一种用于煤样制备的电动缩分机的工作过程如下：电动挡板2初始状态为闭合状态，根据煤样的标称最大粒度调整入料斗1与落料管7的开口尺寸；开启控制旋转轴6的电机4，旋转轴6带动落料管7开始匀速转动，调整到合适转速；将需要缩分的煤样全部装入料斗1后，开启控制电动挡板2的电机4，电动挡板2开始缓慢地滑动开启；在电动挡板2缓慢滑动开启的过程中，入料斗1的煤样通过落料管7落入接料斗8中；接料斗8将煤样均匀地缩分成4份质量、性质完全相等的煤样，根据制样需要，收集其中1部分或2部分煤样，其余煤样舍弃；若收集1部分煤样，可以选择接料斗8中任意1份煤样，若收集2部分煤样，可以选择接料斗8中任意对角线2份煤样。

3 设备性能验证

3.1 试验方案

本次试验的主要目的在于检验使用该设备对煤炭样品进行缩分操作是否能够达到要求。选用粒度为13 mm占5%左右的最常见的烟煤煤样作为试验用煤，试验主要项目包括接料斗的留样缩分比以及留样的粒度分析。

留样缩分比试验方法为：准备质量约为1 600 g的13 mm试验煤样，使用该设备进行缩分操作，缩分完成后收集接料斗中的留样，将斜对角的两份样品混合成为1份煤样，共得到2份质量约为800 g的留样，记作留样1和留样2。分别称量留样1和留样2的质量，并计算其所占总质量的比例即缩分比。重复进行10次上述缩分试验，分别计算10次重复试验得到的缩分比的最大值、最小值、平均值，判断设备缩分过程的缩分比是否合格。

留样粒度分析试验方法为：准备质量约为3 000 g的13 mm试验煤样，分别通过不同粒度的试验筛，称量煤样占25～13 mm、13～6 mm、6～3 mm、＜3 mm各粒度级的质量并计算其所占比例。使用该设备对该煤样进行缩分操作，缩分完成后收集接料斗中的留样，将斜对角的两份样品混合成为1份煤样，共得到2份质量约为1 600 g的留样，记作留样1和留样2。分别称量留样1和留样2的质量，然后过不同粒度的试验筛，称量煤样占25～13 mm、13～6 mm、6～3 mm、＜3 mm各粒度级的质量并计算其所占比例。重复进行5次上述缩分、过筛试验，判断设备缩分过程的粒度分布是否合格。

3.2 缩分比试验结果

设备的缩分比试验结果见表1。从表1中可以看出，留样1的缩分比的平均值、最大值、最小值分别为1/2.01、1/2.06、1/1.98，留样2的缩分比的平均值、最大值、最小值分别为1/1.99、1/2.02、1/1.95。留样1和留样2的缩分比结果非常接近，由此可见，设备的缩分过程比较均匀，缩分比满足要求。

3.3 粒度分析试验结果

设备的粒度分析试验结果见表2。从表2中可以看出，经过5次重复性粒度分析试验，得到留样1和留样2在各粒度段煤样所占比例非常接近，粒度分布较为均匀，因此设备的粒度分析同样满足要求，使用该设备进行缩分不会造成粒度离析。

4 结论

本文设计了一种用于煤炭样品制备的电动缩分机，该装置结构简单、操作便捷、维护方便，使用该装置进行缩分工作，不但可以提高工作效率，缩短缩分时间，降低煤样长时间暴露在空气中可能产生的性质变化，还可以实现一次缩分操作过程的自动化作业，降低由于人为操作不当带来的缩分误差，保证样品缩分的代表性，提高缩分精密度。另外，通过对该设备进行留样的缩分比和粒度分析试验，试验结果表明设备缩分过程均匀，不会造成粒度离析，设备的性能符合要求。

表1 接料斗留样的缩分比

表2 接收斗留样的粒度分析