第四章煤的采制样技术.docx

1、第四章煤的采制样技术第四章煤的采制样技术煤炭是一种大宗散状物料，可简单视为有机质和无机矿物质的二元混合物。因其生成、采掘和加工条件以及应用状态的不同，在煤性质上的不均匀程度也就各异。煤的不均匀度乃是表征煤炭在物理化学性质上的分散性大小的物理量。不均匀性的存在是煤炭的一种属性， 是不可避免的。为了准确地评价煤炭质量，需要从几千吨甚至上万吨的煤炭中采集少量的样品，最终缩制成100克左右的分析样品，使之能够代表这批煤炭的平均质量与特性，就必须遵循一定的原则及采用科学的方法。所获得的检验结果的误差由采样、制样和化验三部分组成，如果用方差来表示，则采样误差最大，约占总误差的80；制样误差次之，约占16；

2、化验误差最小，约占4。可见，正确的采制样是电厂燃料质量鉴定中的一个重要环节，也是获得可靠分析结果的必要前提。本章重点讲述电厂燃料采制样的基本概念及具体操作方法；针对电厂的实际情况对电厂采制样存在的问题进行了详细深入的分析阐述，同时讲述了火电厂入炉煤粉、煤灰和灰渣的采制样方法。第一节采样基本原理、煤的不均匀度煤是一种不均匀的固体物料，其不均匀度主要由煤中水分、灰分、粒度等指标的变化决定。它与煤中矿物质的分布状态、煤的粒度和煤有无加工等密切相关。火电厂多燃用混煤， 混煤的不均匀性一般要比参与混合的任一品种的煤都大，这意味着要达到同样的采样精密度就要多采取子样，灰分与粒度越大，则煤的不均匀度越大，要

3、想采集到有代表性的煤样也就越困难。煤的不均匀性主要体现在四个方面，一是煤中无机矿物质的存在及其分布的不均匀性； 二是煤炭粒度分布的不均匀性，并且不同粒度煤炭的质量不同；三是由于煤的粒度与密度的不同，在重力作用下，产生自然分离与分层现象，即煤的偏析作用；四是煤炭有无加工处理。用不同的煤质特性指标来表示不均匀度，会得到不同的结果。通常，可以用煤中分布最不均匀的两项指标灰分和全硫来表征煤质的不均匀度，实际使用最多的是灰分。用所采样品灰分的标准差5或方差V来表征不均匀度的计算方法如下：2 (工；一工)测定值；测定结果的平均值； 单次测定结果偏差的总和;测定次数。方差是指各测定值与平均值差值的平方和的均

4、值，其数学表达式为V 62 工力2 4 - 271实际应用中，通常采取几十个或几百个子样计算方差，来确定煤的不均匀度。方差V 越大，表示煤质越不均匀；V越小，则表示煤质越均匀。方差的大小反映了煤的不确定度的大小，方差越大，煤的不均匀度越大，要想达到同样的采样精密度就要多采取子样。2、 采样的基本原理由于煤炭自身的不均匀性，从中采取少量样品即采样时，不能像均匀物料那样只采取一次或很少几次就可以获得有代表性的样本，而是必须遵循概率论和数理统计的基本原则进行采样。这样，才能使获得的由足够多子样组成的样本具有被采煤的平均煤质特性，达到预期采样精密度。依据概率论的理论，对不均匀混合物料的采样应具备以下特

5、点： (工）采样必须是随机的。采样的次数要足够多。每次采出的质量与被采物料质量之比应是很小的。被采混合物料的平均组成对应着出现概率最髙的那个组成。()采样工具要符合被采物料粒度对它的要求。煤炭是一种均匀性很差的混合物料，不同粒度有不同煤质特性，特别是多品种的混合煤。实践证明，无论采取何种方式采样，每次采到的煤样子样）的煤质特性都是不相同的，但不超过某个变化范围。即采样的误差符合正态分布理论，正态分布理论的主要内容可以概括为：(工）正偏差和负偏差对称地分布在曲线中心轴的两边，且出现的概率相等。小偏差出现的概率高，集中分布在中心轴附近，大偏差出现的概率低，分布在距中心轴较远处。在正态分布曲线的中心

6、轴处出现的概率最高，这意味着平均值是被测物料特性的最佳估计值。综上所述，要想采到有代表性的煤样除了采样过程不存在系统误差外还必须遵循一定的原则，即： (！)子样数满足一定采样精密度的要求。()每个子样的量应满足一定的要求。()采样点要合理分配（尽量做到随机分布、使用适当的采样工具和机械。只有严格遵循这些原则才能采到有代表性的煤样，并据此确定这批煤的平均质量。3、 各种不同的采样方式采样是科学研究和生产实践中经常遇到的问题。由于采样对象和要求不同，所以有各种各样的采样类型，然而所依据的采样理论基础及数理统计方法却大致相同，现将常见的几种类型简述于下：1.随机采样随机采样是指被采对象总体中的任何部

7、分与其特征、位置等无关，全部都具有同等机会0000000000000000000000000被采到的可能性。随机采样一般可分为单纯随机采样和系统随机采样两种。(！)单纯随机采样。单纯随机采样的特征是将采样总体中的所有部分看成均有被采到的同等机会，它最适用于被采对象性质知之甚少的场合。但是这种采样方式用机械或人工都不易操作，只有当煤炭质量上的周期变化与采样频度相一致时，才考虑使用。见图4 1 ()。系统随机采样。它不同于单纯随机采样，可适用于对被采对象性质了解较多的场合。由于采样简单，可按时间基或质量基分布子样数，故在实际应用中比较容易实现。在带式输送机上的机械采制样装置按等时间或按等质量采样就

8、属于这一类型，我国08475商品煤样采取方法中规定的火车、汽车采样等也基本属于这一类型。见图4-1 (！)。1.分割采样指定批的分割采样是依据采样理论、经验知识，从被采对象总体中取出认为具有代表性的少部分煤样。这种采样类型只适用于总体性质了解相当清楚的场合，才能得到良好的结果。因此一般它不能十分客观地评价采样的差异。指定批的分割采样大致有以下三种情况：(！) 二段采样。这种采样类型一般适用于随机采样受到了限制的场合，例如地点、被采对象的形状、性质等，采到的样本与随机采样相比精密度较低。见图4-1 )。分层采样。分层采样的特征是将被测对象总体分成几层，使层内分散性小，层间分散性大。它同随机采样相

9、比，尽管样本质量较少却可得到大致相同的精密度。例如船舶上采样时把船仓按深度划分成23层，而后将子样均匀分布在各层新暴露煤表面上再采取。见图4-1 (！)。 ，3等分采样。等分采样是将被采对象总体分成几个相等的部分进行采样。这种采样特征是每部分内分散性大，各部分间分散性小，一般采取的总样质量较少，但可得到良好的精密度。例如煤堆四分法和二分器缩分法就是属于这种采样类型，因为煤样缩分从本质上讲, 可以说是一种特殊的采样方式。见图4-1 ()。四、子样的分配方法采样器具动作一次或截取一次煤流全断面所采取的一份煤样称为子样。子样分配是指采样过程中应采子样数是按何种方式分配的。常见采样单元内子样分配有按时

10、间、质量和空间三种分配方式。不同采样类型的子样分配是取决于燃煤的输送方式和人们的需要来确定的。1.子样按时间分配适用于移动煤流中采取煤样。把预先确定好的子样数目按间隔时间均匀布置，这种子样配置方式一般适于煤流厚度相对保持稳定的场合，否则，会影响最终总样的精密度。我国燃煤机械采样装置多数是按照这种子样分配方式设计和运行的。子样按质量分配这种子样分配方式只能适用于安装有物料计量装置的带式输送机上煤流的采样。按等同质量间隔均匀地分配在煤流中。这种子样分配方式，不论皮带上煤层厚度发生多大变化，一般都能采集到有代表性的煤样，由于采样精密度高，常常应用于国际商务贸易计价。我国也有一些入炉煤机械采样装置采用

11、这种子样分配方式设计和运行的。3子样按空间分配按照被采物料所占的空间分配子样数，一般较适用于静止状态的物料。例如火车、汽车车厢，船舶舱内和煤堆上的采样。我国。84751996上规定的火车、汽车及煤堆上的子样布置就属于这一种。这种子样布置方式通常是按被采物料表面等距离或等面积或等不同） 深度均匀布置子样点的。在采样中正确选择子样分配是个不可忽视的问题，它将会影响集煤样的代表性。例如由往复式给料机供煤的带式输送机，其皮带上的煤流层厚度十分不匀，高低相差很大，若选择等时间间隔配置子样，有可能导致煤样失去代表性。对于这种情况，敵采用等质量间隔配置子样。第二节商品煤采样方法一、火电厂采集煤样的种类电厂在

12、日常生产过程中，需要在收、存、耗各个环节检測煤炭的质量，因此需要采取多种用途的煤样。一方面煤炭在运送到电厂时需要采集煤样，人厂煤采样是为按合同约定煤质验收煤炭质量，以便按质计价，同时也为合理存煤炭提供依据；另一方面，在煤炭人炉燃烧阶段需要采集煤样，入炉煤采样是为了监督人炉煤质，以确保锅炉机组的安全经济运行和准确计算煤耗；此外，煤场煤炭质量抽查与盘点以及监控制粉系统的经济运行也要采集煤样。火电厂采集的煤样按其用途不同大致可分为以下几类。(工）普通煤样。在人厂、人炉以及煤场中都要采集普通煤样，即用于常规煤炭检测的煤样。它是为电力生产例行分析项目而采取的煤样，一般用于分析全水分、空干基水分、挥发分、

13、灰分，还用于测定发热量和硫分等，！3为这些煤质特性是发电用煤的最基本资料。虽然全水分煤样可以单独采取，但在电厂中通常是在制样过程中分取全水分煤样。热效率试验用煤样。在锅炉热效率试验时，为了计算锅炉机组运行的相关参数和分析判断问题而需要采集的煤样。测定项目通常有工业分析、元素分析，有时还有可磨性、灰熔融性等。锅炉设计用煤样。锅炉设计用煤样也称基建煤样，它是专为锅炉机组设计提供较全面煤质资料而采集的煤样，一般从选定的煤矿或中转站的煤炭中采取，煤样数量较大，检测项目多，通常除常规检验项目外，还包括煤的元素分析、灰熔融性、灰成分、飞灰比电阻、煤的可磨性和磨损指数等。制粉系统煤样。它是为了监控制粉系统运

14、行的安全经济性而采集的煤粉煤样，一般要求化验水分和煤粉细度。其中，商品煤样的采集方法适用于入厂、入炉原煤样的采集，因此，上述?类煤样均可按此执行。二、采样基本原则采样的基本原则包括正确划分采样单元、确定采样精密度、计算最少子样数目、最小子样质量、子样点的分布以及正确选用采样工具等。1.采样单元的划分采样单元是指从一批（班、组）煤中采取一个总体的煤量，一批煤可以是一个采样单元，也可是多个采样单元。采样单元的划分方法如下：(工）精煤和特种工业用煤，按品种、分用户以（(士川) I为一采样单元，其他煤按品种、不分用户以（(士加) 1为一采样单元。进出口煤按品种、分国别以交货量或一天的实际运量为一采样单

15、元。()运量超过10001或不足10001时，可以按实际运量为一采样单元。如需进行单批煤质量核对，应对同一采样单元进行采样、制样和化验。1.采样精密度4 - 3式中IV实际应采子样数目，个；表4-2规定的子样数目，个;采样精密度是指单次采样测定值与对同一煤（同一来源，相同性质）进行无数次采样的测定值的平均值的差值（在95概率下）的极限值。原煤、筛选煤、精煤和其他洗煤（包括中煤）等产品的采样精密度规定见表4 - 1。一一实际被采煤量，I。当煤量少于10001时，子样数目根据表4-2规定数目按比例递减，但最少不能少于表4-3规定的数目。计算公式如下：10004 - 0【例4-1】采取某矿点汽车煤样

16、，煤炭品种为原煤，进煤数量200吨，计算应采子样数目。解：由题意可知，采样单元煤量小于10001，子样数按式计算-200 12个）查表4-3，煤量少于10001时，应采子样数不能少于18个，因此，应采子样数为18个。使用公式计算时，如果计算结果出现小数，一律进成整数，例如18001原煤人20，计算结果为80.5个子样，由于子样以整数为单位，故进为81个子样。另外，当实际发运量远大于1000【时（如50001或更大、应适当划分为多个采样单元，以利于实际操作和保证采样的代表性。1子样最小质量子样最小质量是指在不产生系统误差的前提下，能够代表所采部位煤炭平均质量的最小值，保证大粒度煤不被剔除，并且子

17、样中粒度分布与被采煤一致。煤炭的子样最小质量由煤的标称最大粒度决定。煤标称最大粒度晕指与筛上物累计质量百分率最接近（但不大于） 5X的筛子相应的筛孔尺寸。具体数值可以根据经验公式计算：附0 0， 04 4 - 5式中一子样的最小质量，18； 最大粒度，每个子样的最小质量根据商品煤标称最大粒度确定，见表4 - 4 。表4-4子样质量最大粒度（）50100100子样质量（！)1煤的标称最大粒度不能理解成煤中最大的一块煤的尺寸，它是通过筛分试验加以测定的，测定方法如下：(工）对10001煤，不论车皮容量大小，如图4-2所示，沿对角线方向、按5点循环，在每节车皮上采集一个不少于301的子样。合并各子样

18、，称重精确到。！)，然后利用孔径为150、 100、 50、 25111111的筛子方孔或圆孔筛均可）进行筛分试验，分别称出筛子上方的余煤量。计算各筛上方余煤占总煤样量（约(！)的百分数。取筛上方余煤量最接近5 的那个筛子，将小于该筛的孔径作为煤的最大粒度。计算其最大粒度。解：由筛分试验可知，该煤的最大粒度应小于50！。因为6001原煤样通过)!孔径筛，其筛上方余煤量最接近6001的5 。()。子样点的布置以及正确选用采样工具的原则，根据采样部位的不同，具体规定不同，详见有关部分。3、 采样工具1.釆样铲用于从煤流中和静止煤中采样。铲的长和宽均应不小于被采样煤最大粒度的153倍。对最大粒度大于

19、15011101的煤可用长X宽约30011101X250111111的铲。1.接斗用以在落煤流处截取子样。斗的开口尺寸至少应为被采样煤的最大粒度的2， 53倍。接斗的容量应能容纳输送机最大运量时煤流全断面的全部煤量。3静止煤采样的其他机械凡满足以下全部条件的人工或机械采样器都可应用： (工）采样器开口尺寸为被采样煤最大粒度的2，53倍。能在标准06475规定的采样点上采样。采取的子样量满足标准。8475要求，采样时煤样不损失。性能可靠，不发生影响采样和煤炭正常生产和运输的故障。经权威部门鉴定采样无系统偏差，精密度达到标准08475要求。4、 各种煤样的采取方法因燃煤所处状态不同，煤样的采取有静

20、止煤采样和流动煤采样两种采样方式。静止煤是指非流动状态煤。一般煤量多、不均匀性大，裸露煤外表面很少，通常不易采集到代表性良好的煤样。常见的静止煤有火车厢内、船舶舱内和煤堆上的煤。与静止煤相反的是移动煤，它是指连续流动或间歇流动状态中的煤流，如输煤或装卸过程中的煤等。这种煤流采样的最大优点就是裸露煤外表面大，任何部分的煤都有机会被采出，因此采样的精密度较静止煤高，其煤样代表性也较好。(一）火车顶部采样1.子样数的确定在火车顶部采样时，子样数按表4-2确定。但是从3001到一列火车（约(。?。()， 每节车皮不论容量大小，原煤、筛选煤均采集3个子样，洗煤、精煤则采集1个子样。也就是说，当火车运煤量

21、大于10001时，并不是按式3计算应采的子样数，而是对任何一节车皮，原煤筛选煤采集3个子样，洗煤、精煤采集一个子样。当火车运煤量小于10001时，子样数按表4 - 2规定数目按比例递减，但最少不能少于表4-3所确定的子样数。例如7001原煤，应采集42个子样，运煤量在3001以下时，则应采集18个子样；若是洗煤或精煤，则分别应采14个子样或6个子样。这里所指的采样子样数，是为了满足采样精密度要求，即保证采样代表性所需要的最少子样数。1子样质量的确定每个子样的最小质量按表4-4确定，为此，电厂首先要掌握供给本厂各矿来煤的最大粒度。由表4-4也可看出：随着煤粒度增大，即煤的不均匀度增加，要采到有代

22、表性的煤样，每个子样的质量也应增大。对某一采样单元来说，根据子样及每个子样的质量，就可计算出总样量。3，采样点的分配与定位在火车顶部采样，无论煤的品种如何，当煤量超过3001时，采样点均应分布于车皮对角斜线上，各车斜线方向一致，斜线的始末两点均应距车角1瓜，其余各点均匀地布置于剩余斜线上，采样深度为0.4！以下。取样前应将滚落在坑底的煤块和矸石清除干净。对洗煤、精煤来说，子样点采取斜线上按五点循环方式在每节车上采集一个子样。如图4-2所示；对原煤来说，子样点采取斜线三点布置，如图4-3所示。2001 150乇贿应该指出：在1节车皮上采集18个子样，除按图4-4中交叉对角线上布置外，也可将1节车

23、皮划分为3X6 = 18个方块，然后在每一个方块内布置一个采样点。总之，当以不足3001为一采样单元时，依据均匀布点，使每一部分煤均有机会被采出的原则分布子样点。另一方面，也可看出在火车顶部采样，其采样点可按对角斜线、交叉对角线或将车皮划分为若干矩形的方式来布置。(2） 汽车上采样随着坑口电厂的增多和煤炭市场的变化，电厂汽车入厂煤增加很多。对于汽车采样，执行国标有很多困难，汽车的装载量变化很大，从几吨到几十吨不等，因而10001的原煤装车数可能相差悬殊，60个子样的分布方法也应按实际情况而定。对于装车很满的汽车，在其顶部采样下挖0， 40！也是很困难的。1.子样数的确定子样数按表4-2确定。1

24、.子样质量子样质量按表4-4确定。3子样点的分布在汽车顶部采样时，也是沿车厢对角线方向上布置，按3点循环法在每一辆车上采集1 个子样。斜线始末两点应各距车角01 5x11 (指车角与采样点的水平距离），另一点为斜线的中心点。同一批次的斜线方向应一致，采样时也是下挖到0.4111以下，清除滚落在坑内的煤块或矸石后再取。当一辆车上需采取1个以上子样时，应依据均匀布点，使每一部分煤都有机会被采出的原则分布子样点。将子样分布在对角线或平分线或整个车箱表面。(3） 船舶上采样(丄）船上不直接采取仲裁煤样和进出口煤样，一般也不直接采取其他商品煤样，而应在装（卸）煤过程中于皮带输送机煤流中或其他装（卸）工具

25、，如汽车上采样。直接在船上采样，一般以1仓煤为1采样单元，也可将1仓煤分成若干采样单元。子样数目和子样质量按表4-2和表4-4规定确定。子样点布置根据均匀布点使每一部分煤都有机会被采出的原则，采样点的布置如图4-6所示。采样时，将船舱分为23层，每3411！为一层， 将子样均匀分布于各层表面上。图4-6为分3层采样的分层國(4） 煤堆上采样(工）采样单元。贮煤场组堆一般几何形状不规则，且其煤量大， 4此要因地制宜划分采样单元。原则上要依据堆煤的实际形状，把煤堆分成数部分，尽可能使每部分都具有一定规则的几何形状。对具有规则几何形状的煤堆可按品种以煤的自然堆为一采样单元；对不具有规则几何形状的煤堆

26、，可依据煤堆的实际形状划分成两个或两个以上的大致具有规则几何形状的煤堆，每一煤堆可作为一个采样单元。若煤量还嫌过大，还可进一步划分成若干采样单元。子样数目。首先依据采样单元的实际煤量计算出应采的子样数目。对10001煤量应采的最少子样数目按表4-2规定选取；对于超过10001煤量的按式-）计算；对于不足10001煤量，按表4-2中规定的子样数目依比例递减，但不得少于表4-3中规定的数目。(力子样点布置。一般组堆的煤量大，形状又不规则，可依实际情况布置子样点，但必须遵循均匀布点和每一部分煤都有机会被采出的原则，将已确定的子样数均匀分布在煤堆的顶部距堆峰0.500，腰部和底部距地面)!)。具体子样

27、布置：大致估算顶部、腰部和底部子样点布置处的周长，而后依周长比例分配子样数；各周长按等弧长（或等距离）布置子样点。子样最小质量。按表4-4中规定选取。采样操作。对最大粒度不超过1500111！的煤可用长X宽约为?!)!的采煤尖铲在子样点布置的部位上，先伊除去0.2111表层煤后再采。因煤堆表面坡度大，当铲除表层煤时，在它上方的煤块或矸石有可能往下滚落，遇到这种情况可适当扩大表层煤去除范围，而后再进行采样。(5） 移动煤流采样见第五章内容。(6） 全水分煤样的采取全水分煤样既可单独采取，也可在煤样制备过程中分取。1.单独采集1在火车上采样时，应沿车皮对角线按5点循环采集，不论煤炭品种，每车至少采

28、集1个子样；当煤量少于10001时，至少采集6个子样。2在汽车上釆样时，应沿车皮对角线按3点循环法采集，不论煤炭品种，每车至少采集1个子样；当煤量少于10001时，至少采集6个子样。在煤流中采样时，可按时间基或质量基采样，不论煤炭品种，至少采集10个子样； 大于10001时，子样数按式3计算；少于10001时，至少采集6个子样。上述各种情况的采样，其子样量均按煤的最大粒度确定，参见表4-4的规定。5在火车、汽车上采样，如装车后立即采取，则不必下挖一定的深度；如由供煤方用火车或汽车将煤发运至电厂时采样，则应在采样点下挖0， 4加后采样。采样工具为尖头铲，铲宽25011101，深300111111

29、。1.在煤样制备过程中分取采集(丄）除可一次能缩分出足够数量的全水分煤样的缩分机外，当煤样破碎到规定粒度（小于1311！或小于！!)后，稍加掺和，摊平后立即用九点法缩取，装入煤样瓶中封严。用小于13:11煤样测定全水分，采样量为2、8；用小于611煤样测定全水分，采样量为5008。九点法取测定全水分煤样布点方法，见本章第四节。如一采样单元的煤样分成若干分样来取，则在各分样制备过程中分取全水分煤样， 并以分样的全水分的加权平均值作为该采样单元的全水分值。为防止水分的损失，全水分煤样无论是总样或分样，均应密封好，并立即送往试验室测定全水分值。五、商品煤采样中应注意的问题1.要有足够的子样数对一采样

30、单元来说，要取得有代表性的样品，关键就在于是否有足够的子样数。子样数是决定采样精密度的关键性因素。采样精密度与煤的不均匀度及子样数三者的关系如式-)所示。 1. 964 - 6式中？-1. 96-5-95概率下的采样精密度；0.05.00的临界值； 单个子样灰分标准差；-采集的子样数。当选用不同的概率即显著性水平。选值不同）时，则。5，值也不同，例如0=0.10 时，则,。00=1， 645；如-0.01时，则（。, 2， 576。这说明显著性水平值越大，选用的概率越小，采样精密度越高（即值越小。对同一采样单元来说，不论煤的不均匀度如何，5值总是一定的，因而当采集不同子样数时，其采样精密度也就

31、不同。【例4-3】按国家标准要求，对1000320的原煤，应采集60个子样，采集精密度可达到士2，现如仅采集40个子样，采集精密度为多少？解:1. 96仏 1. 96-5151 -521 2 2 V将上式等号两侧平方，则1 1将！ 60， 2乂， 712 40：40代入，求夂故 & 二士 士？.)2【例4-4】如例4-3中采样精密度由2提高到1，应采集多少子样数; 解：60， 2，力2 1冗，求2| 60 X 4 20X由计算可知：要提高采样精密度，即减小？值，就得增加子样数。另外，采集的子样数也不是越多越好，随着子样数增加，样品量增多，制样工作量加大。1.子样的重量符合要求每个子样的重量要符合国