高志運 王治偉 李傳福 李愛香 李 迅

（1.華電國際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠，山東 濟(jì)南 271113；2.鎮(zhèn)江合利儀器設(shè)備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212141）

0 引言

煤質(zhì)檢測作為現(xiàn)代火力電廠發(fā)電過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，直接影響著生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)安全性[1]。 在煤質(zhì)檢測的各個環(huán)節(jié)中，都存在質(zhì)量控制問題。 沒有對檢測全過程質(zhì)量的有效控制，也就不能保證最終檢測結(jié)果的質(zhì)量， 為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，不僅要建立準(zhǔn)確可靠的測試方法，更需要有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量管理[2]。

在煤質(zhì)檢測的三個階段，煤樣的制備是煤質(zhì)檢測過程中重要的一環(huán)，制樣的過程就是使煤樣達(dá)到分析或試驗要求狀態(tài)的過程， 過程主要有破碎、混合、縮分，有時還包括篩分空氣干燥幾個階段。煤炭的制樣設(shè)備，有聯(lián)合制樣機(jī)、破碎機(jī)與二分器等[3]。當(dāng)前煤炭驗收的制樣過程，常使用功能單一的錘式破碎機(jī)和二分器進(jìn)行樣品的制備，每次破碎制樣都要花大量的時間清理樣品在設(shè)備內(nèi)部的殘留，且工作強(qiáng)度大，且容易產(chǎn)生人為誤差。 由于都是單個環(huán)節(jié)工作，各個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的粉塵，污染環(huán)境，對人體的危害性也較大。 而使用目前市場上常見的聯(lián)合制樣設(shè)備或者無人值守全自動制樣制樣系統(tǒng)，雖然在一定程度上降低了勞動強(qiáng)度和人為因素對過程的影響，但市場上生產(chǎn)的設(shè)備性能不一，且設(shè)備的整個過程基本處于黑盒或者半黑盒的狀態(tài)下運行，因此，很難或者無法判斷系統(tǒng)運行的準(zhǔn)確性、性能和效率。 針對目前這種現(xiàn)狀，本文提出來了一套基于帶感知的定量縮分聯(lián)合制樣系統(tǒng)，目前系統(tǒng)已在華電某電廠完成了安裝調(diào)試，試運行階段取得了一定的效果。

1 系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

系統(tǒng)已傳統(tǒng)的聯(lián)合制樣設(shè)備為基礎(chǔ)， 設(shè)定的制樣流程為：一級破碎→一級縮分→二級破碎→二級縮分→制粉等。 在整個制樣流程中，縮分是最為重要的一環(huán)。 而作為縮分的實施設(shè)備，縮分器扮演著十分重要的角色?？s分器結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣以及驅(qū)動方式的選擇將對整個制樣環(huán)節(jié)的精密度以及偏倚水平產(chǎn)生重要影響。

通過伺服電機(jī)驅(qū)動上料皮帶，從而精確控制上料的速度，實現(xiàn)對進(jìn)入破碎機(jī)物料的精確控制。 伺服電機(jī)驅(qū)動的縮分器，通過無級變速調(diào)整縮分比，實現(xiàn)定量縮分。 各級留樣通過稱重傳感器準(zhǔn)確記錄留樣重量。通過PLC 對各個感應(yīng)器（如上料伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)，一級破碎轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，二級破碎轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，縮分器伺服電機(jī)數(shù)據(jù)，稱重感應(yīng)器數(shù)據(jù)，靜態(tài)縮分比數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可定義的操作者，作業(yè)時間，作業(yè)時長，報警記錄等）的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)分析的功能。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

（1）此帶感知的定量縮分聯(lián)合制樣系統(tǒng)，一是實現(xiàn)變頻上料，即做到入料控制；二是實現(xiàn)智能定質(zhì)量縮分，即縮分器可以智能調(diào)節(jié)所需目標(biāo)留樣量的縮分比；三是實現(xiàn)過程監(jiān)控，通過對留樣的智能監(jiān)控，從而判斷每一次制樣是否正確； 四是通過增加各類傳感器，記錄需要的參數(shù)，并構(gòu)建制樣質(zhì)量控制體系。 最終實現(xiàn)樣品的可溯源性。

（2）基于帶感知的定量縮分聯(lián)合制樣系統(tǒng)計算6 mm 全水、3 mm 存查分析樣質(zhì)量偏差及精密度，超出限值報警，確保制樣過程中，制樣裝置內(nèi)各部位不得有明顯煤樣殘留和損失，一般分析試驗煤樣制備單元煤樣質(zhì)量損失率不超過2.0%，整機(jī)煤樣損失率符合DL/T 1339—2014《火電廠煤炭破碎率縮分聯(lián)合制樣設(shè)備性能試驗規(guī)程》要求。 也就是確保留樣制樣恒定，留樣質(zhì)量偏差不超出限值， 同時留樣質(zhì)量波動程度低。同時，增加帶感知0.2 mm 自動縮分裝置，并實時計算0.2 mm 煤樣質(zhì)量偏差及精密度，超出限值報警。

3 系統(tǒng)性能試驗結(jié)果

為驗證該系統(tǒng)的性能，特委托具有相關(guān)檢驗檢測資質(zhì)的單位對該系統(tǒng)開展了性能試驗。 試驗主要項目包括精密度試驗和偏倚試驗、全水分損失率等。 根據(jù)電廠實際運行情況，試驗通過兩個工況對以上項目進(jìn)行評判，工況1：入料質(zhì)量約180 kg，工況2：入料質(zhì)量約20 kg。

（1）裝置制樣流程。

裝置制樣流程如圖1 所示。

圖1 裝置制樣流程

（2）縮分倍率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

縮分倍率是按照整個試驗過程中實際稱量質(zhì)量計算，通過將留樣與煤樣總質(zhì)量比較，得到在試驗狀況下的縮分倍率。

縮分倍率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差SRdiv1計算公式：

SDR1——縮分倍率的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

經(jīng)計算， 設(shè)備的留樣1 縮分倍率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差SRdiv1=9%，留樣2 縮分倍率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差SRdiv2=7%，滿足DL/T 1339—2014 中對縮分倍率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于10%要求。

（3）精密度試驗。

工況 1：1～10 組與 11～20 組雙份試樣干基灰分標(biāo)準(zhǔn)差分別為：

工況 2：1～10 組與 11～20 組雙份試樣干基灰分標(biāo)準(zhǔn)差分別為：

本設(shè)備在上述兩個工況下1～10 組和11～20 組雙份試樣的標(biāo)準(zhǔn)差分別均小于，制樣化驗精密度滿足要求。

（4）偏倚試驗。

將一定質(zhì)量的煤樣經(jīng)過本設(shè)備的制樣流程，收集到留樣1、留樣2 和棄樣（包含全水分樣），稱質(zhì)量后將各留樣按照GB/T 474—2008《煤樣的制備方法》要求制成一般分析試驗煤樣，經(jīng)過化驗分析和計算得到樣品的干燥基灰分，如此重復(fù)20 次。

表1 試驗檢測數(shù)據(jù)

相對于B=0.2%， 本設(shè)備在工況1 和工況2 條件下，均不存在實質(zhì)性偏倚。

（5）全水分損失率試驗。

全水分損失試驗用參比煤樣與聯(lián)合制樣機(jī)全水分煤樣進(jìn)行對比，按照GB/T 474—2008 和GB/T 211—2017《煤中全水分的測定方法》相關(guān)要求進(jìn)行，依據(jù)DL/T 1339—2014 作為驗收準(zhǔn)則。 取一定量煤樣，用二分法分為兩份，一份用于取參比樣全水分樣，一份加入聯(lián)合制樣機(jī)入料口， 取出經(jīng)破碎縮分后煤樣的全水分樣。 一共收集10 組全水分樣品，測定每組煤樣的全水分，得到機(jī)器樣和人工樣之間的全水分差。 再按下式計算出全水分損失率LM。

式中：Mt,J——進(jìn)料煤樣的全水分，%；

Mt,Q——破碎縮分后的全水分，%

全水分損失率LM=3.6%， 滿足DL/T 1339—2014中全水分損失率≤5.0%的要求。

表2 全水分損失率試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果判定

（6）試驗結(jié)論。

通過對本設(shè)備進(jìn)行性能試驗，設(shè)備性能均能滿足DL/T 1339—2014 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求， 符合日常煤樣驗收對制樣過程的性能需求。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用對燃料驗收所能帶來的發(fā)展思考

系統(tǒng)的研制和運行成功，對改類型系統(tǒng)實現(xiàn)橫向發(fā)展和對整個燃煤驗收行業(yè)的縱向發(fā)展均具有深遠(yuǎn)的意義。 通過系統(tǒng)的不斷運行，建立大數(shù)據(jù)的分析與積累，可以更深入地研究制樣設(shè)備，研究影響樣品代表性的決定因素。 此外，針對系統(tǒng)的試運行情況，本文對系統(tǒng)的縱向發(fā)展提出展望，亦希望能為提升當(dāng)前燃煤驗收整個過程的質(zhì)量起到借鑒和參考的作用。

4.1 設(shè)備和樣品動態(tài)管理，實現(xiàn)采、制、化設(shè)備的在線監(jiān)控

（1）采樣和化驗過程可借鑒系統(tǒng)的優(yōu)化模式。 采樣過程通過對采樣機(jī)采樣方案（子樣位置、子樣數(shù)數(shù)、子樣質(zhì)量等）的監(jiān)控，可真實反映每次采樣驗收的情況，彌補(bǔ)了目前燃料驗收采樣環(huán)節(jié)中采樣記錄不完整和不足的缺陷，并為采樣過程的可溯源性提供更真實的數(shù)據(jù)保障。 化驗過程通過監(jiān)控化驗設(shè)備實時運行狀況，統(tǒng)計分析質(zhì)控樣品的變化情況，為設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)的真實性、可靠性、穩(wěn)定性提供保障。

（2）基于帶感知的定量縮分聯(lián)合制樣系統(tǒng)可應(yīng)用于采樣設(shè)備在線制樣系統(tǒng)中，通過增加傳感器，將電機(jī)轉(zhuǎn)速，皮帶速度，來料重量，各級縮分比等參數(shù)納入聯(lián)合制樣質(zhì)量控制體系。實現(xiàn)了對采、制設(shè)備各部件制樣環(huán)節(jié)動態(tài)監(jiān)控和管理， 實現(xiàn)制樣過程的可視化。

4.2 提高燃煤驗收的正確性及可靠性，煤質(zhì)檢測結(jié)果實現(xiàn)自動在線診斷分析

（1）煤質(zhì)檢測結(jié)果間相關(guān)性分析。 通過構(gòu)建煤炭化驗各指標(biāo)間定量關(guān)系的回歸方程，有效減小各檢測指標(biāo)測定的誤差，保障了各檢測數(shù)據(jù)的正確性，對煤炭的驗收過程也能起到一定的輔助作用。

（2）大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。 通過統(tǒng)計電廠各供應(yīng)商來煤歷史數(shù)據(jù)，建立回歸方程，將回歸值和檢測值進(jìn)行對比分析，可為當(dāng)批次來煤檢測結(jié)果提供參考，保障了驗收的準(zhǔn)確性。

4.3 為生產(chǎn)和燃煤驗收服務(wù)，構(gòu)建多維質(zhì)控體系自動診斷模型

（1）通過在線比對廠礦數(shù)據(jù)、廠檢與合同數(shù)據(jù)，可清晰反映各供應(yīng)商/廠礦的來煤情況是否滿足電廠需求，有力地保障了電廠日常生產(chǎn)需要。

（2）構(gòu)建多種質(zhì)控方法的自動診斷模型（如儀器比對、人員比對、方法比對、同礦不同廠結(jié)果比對等），及時反饋驗收過程中存在的可能缺陷。

5 結(jié)語

燃煤驗收停留在傳統(tǒng)的模式已經(jīng)較長的時間，隨著社會的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的來臨，燃煤驗收需要順應(yīng)時代發(fā)展，無人化、智能化、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是其不可違反的發(fā)展規(guī)律，亦是大勢所趨。