張建 張偉 劉永睿

摘 ? 要：中國(guó)煤炭產(chǎn)能利用率平均只有78.8%。因此針對(duì)煤炭、電力等行業(yè)中煤炭的工業(yè)指標(biāo)分析將變得尤為重要?；诩す庠胤治黾夹g(shù)研發(fā)的激光元素分析儀，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤炭中C、H、O、Si、Al、Fe、Ca、K、Na、Ti元素的成分分析，得到煤炭工業(yè)指標(biāo)中灰分、水分、熱值、揮發(fā)份等指標(biāo)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)分析方法，對(duì)檢測(cè)物料進(jìn)行快速分析。本文基于TRIZ方法對(duì)煤炭預(yù)處理系統(tǒng)的改進(jìn)，能夠更好的提高儀表的穩(wěn)定性和可靠性，提高測(cè)量精度，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行有效的監(jiān)督和控制，提高產(chǎn)品品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：成分分析、煤炭、TRIZ

一、研究背景

從技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化趨勢(shì)來(lái)看，整個(gè)煤炭行業(yè)在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中正處于兩化融合的階段。這一階段的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，這個(gè)階段的核心就是煤質(zhì)分析。而煤炭行業(yè)目前占主導(dǎo)的煤質(zhì)分析技術(shù)是采用人工取樣和化學(xué)檢驗(yàn)的方法，誤差大，滯后時(shí)間長(zhǎng)。而企業(yè)面對(duì)成本、人力匱乏以及環(huán)保要求，就必須使用在線煤質(zhì)分析技術(shù)[1]。

目前市場(chǎng)上大多數(shù)的檢測(cè)儀表都是帶有放射性的[2]，管理復(fù)雜，有安全隱患。因此客戶對(duì)此都不太友好?，F(xiàn)階段最好的檢測(cè)技術(shù)就是激光分析技術(shù)，它的特點(diǎn)是無(wú)放射性，無(wú)污染物監(jiān)測(cè)，非接觸式快速測(cè)量[3]，目前在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域里尚未有得到有效的實(shí)施和推廣 ，主要原因是解決不了現(xiàn)場(chǎng)工藝存在的工程化問(wèn)題。而TRIZ方法則是解決工程化問(wèn)題的最好載體。

二、工程問(wèn)題描述

通過(guò)多年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)工藝及工程問(wèn)題的研究，激光分析在現(xiàn)場(chǎng)有如下3個(gè)最主要的工程問(wèn)題：

1. 通過(guò)不同下料口下料進(jìn)行配煤的工藝環(huán)節(jié)，由于不同灰分、水分的煤炭通過(guò)下料口混合配料，下料過(guò)程中無(wú)法控制，導(dǎo)致存在煤炭表面起伏大，影響激光測(cè)量焦距，一般激光探測(cè)器測(cè)量焦距范圍在3cm，超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度變差。

2. 在下料口煤種不一致和下料順序前后不一致的情況下，導(dǎo)致煤炭分層，由于激光測(cè)量原理是測(cè)量物料表面成分，因此會(huì)影響測(cè)量代表性。

3. 現(xiàn)場(chǎng)下料過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致環(huán)境灰塵較大，影響激光發(fā)射和回光光路，這也會(huì)影響激光檢測(cè)結(jié)果。

根據(jù)以上工程問(wèn)題，激光煤質(zhì)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套煤炭預(yù)處理系統(tǒng)，針對(duì)煤炭進(jìn)行采樣、破碎、縮分、整形、測(cè)量等工序，保證煤炭測(cè)量狀態(tài)，提高測(cè)量精度并通過(guò)TRIZ方法對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

三、基于TRIZ改進(jìn)預(yù)處理系統(tǒng)

1. IFR最終理想解，見(jiàn)表1。

2. 九屏幕法

通過(guò)系統(tǒng)過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)利用九屏幕法分析系統(tǒng)，如下圖1所示。

3. 系統(tǒng)模型組件

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)分析和測(cè)量系統(tǒng)分析，建立組件模型分析圖，定義組件和超系統(tǒng)組件，如下圖2所示，從圖中可以看出煤炭為研究對(duì)象，煤炭在測(cè)量過(guò)程中的分層和起伏是對(duì)測(cè)量的有害作用，下料過(guò)程中增加了環(huán)境灰塵對(duì)測(cè)量是有害作用。

4. 因果分析

因果分析是TRIZ方法中尋找工程問(wèn)題根本原因的主要工具。通過(guò)深入工程問(wèn)題，層層分析，最終找到關(guān)鍵原因[4]。從組件功能模型分析建立因果鏈，造成激光分析測(cè)量的工程問(wèn)題的主要原因如下：

1） 物料分層是由于下料口不一致及煤炭粒度不同，導(dǎo)致物料分層。

2） 傳輸皮帶缺乏整形能力，管道下料缺乏控制，導(dǎo)致物料起伏。

3） 下料管道產(chǎn)生大量灰塵，皮帶運(yùn)輸產(chǎn)生灰塵，測(cè)量光路沒(méi)有防塵功能，都會(huì)影響測(cè)量。

5. 矛盾分析及預(yù)案

1） 煤炭分層問(wèn)題分析及預(yù)案：

根據(jù)因果分析，物料分層是由于下料口不一致及煤炭粒度不同導(dǎo)致，因此得到方案提示1：在下料口前級(jí)增加破碎、縮分裝置，并在一個(gè)下料口下料。

方案提示2：增加旁線取樣裝置、破碎和縮分裝置。

2） 煤炭起伏問(wèn)題分析及預(yù)案：

a） 根據(jù)因果分析中皮帶缺乏整形能力，定義物理矛盾TC1： 物料少，大于測(cè)量焦距; ?TC2： 物料多，小于測(cè)量焦距，可以得到方案提示3：在皮帶上增加一個(gè)刮料板。

b） 通過(guò)技術(shù)矛盾分析可以得到如下方案：

矛盾問(wèn)題描述：增加刮料板，導(dǎo)致皮帶輸送過(guò)程產(chǎn)生大量灰塵。

模型化參數(shù)：改善：運(yùn)動(dòng)物體的體積;惡化：物體產(chǎn)生的有害因素。

根據(jù)矛盾矩陣列表查找發(fā)明原理得到：

創(chuàng)新原理30提示柔性殼體或薄膜方案提示4：在皮帶上增加一個(gè)防塵罩。

創(chuàng)新原理35提示物理或化學(xué)參數(shù)改變方案方案提示5用高水分的煤炭覆蓋低水分煤炭。

c） 通過(guò)物理矛盾分析可以得到如下方案：

TC1： 刮料板太寬，物料推料TC2： 刮料板太窄，物料回流，通過(guò)空間分析得到方案提示6：采用一維變多維原理，設(shè)計(jì)V字形的刮料板。

3） 灰塵較大問(wèn)題分析及預(yù)案。

a） 通過(guò)物場(chǎng)分析可以得到如下方案：

根據(jù)2.1.1鏈?zhǔn)轿飯?chǎng)模型分析，引入一個(gè)物質(zhì)，并建立鏈?zhǔn)轿飯?chǎng)模型：方案7：在防塵裝置出口處安裝一個(gè)柔性膠板，讓膠板緊貼物料，即不影響出料，也能夠阻擋粉塵。

根據(jù)2.1.2雙物場(chǎng)模型分析，引入一個(gè)物場(chǎng)，并建立雙物場(chǎng)模型：

方案8：引入靜電除塵裝置。

b） 引入超系統(tǒng)資源可以得到如下方案：

方案提示9：引入壓縮空氣，清潔激光探測(cè)器光路。

6. 方案評(píng)估

針對(duì)以上設(shè)計(jì)方案提示，基于節(jié)約成本，可靠性、可維護(hù)性、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性、功能實(shí)現(xiàn)5個(gè)方面，進(jìn)行方案評(píng)估與打分。最終分?jǐn)?shù)最高的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用集成多功能的皮帶裝置和基于皮帶輸送采樣處理集成系統(tǒng)的兩個(gè)整體方案。

四、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及應(yīng)用

目前本系統(tǒng)已經(jīng)在內(nèi)蒙古某選煤廠和山西某選煤廠應(yīng)用。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明煤質(zhì)灰分偏差和對(duì)應(yīng)的變化趨勢(shì)滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，見(jiàn)圖3。

五、結(jié)論

客戶需求的是能用又好用的儀表，企業(yè)需求是好用成本低的儀表，基于TRIZ創(chuàng)新方法改進(jìn)了激光煤質(zhì)檢測(cè)預(yù)處理系統(tǒng)。從創(chuàng)新設(shè)計(jì)來(lái)看，本項(xiàng)目解決了目前行業(yè)中激光分析技術(shù)無(wú)法走入現(xiàn)場(chǎng)的難題。同時(shí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，滿足了客戶的需求，降低成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，這個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)減小了安裝體積，減少了工程施工量，大大增加了現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，為不同的現(xiàn)場(chǎng)提供了可靠的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢濤，基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的電廠入爐煤煤質(zhì)，發(fā)電與空調(diào)[J]，第38卷第5期，2017.05

[2]沈桂華，李華昌，史燁弘，激光誘導(dǎo)擊穿光譜發(fā)展現(xiàn)狀，冶金分析[J]，2016，35（5）201

[3]侯冠宇，王平，佟存柱等，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)[J]，中國(guó)光學(xué)，2013，6（4）：490-500

[4]吳志強(qiáng)張偉，利用TRIZ創(chuàng)新方法提高中子活化在線分析儀測(cè)量動(dòng)態(tài)物料的準(zhǔn)確性，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐[J]，2018 年 2 月第 3 期

責(zé)編/楊鑫