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第一讲燃煤采样与制样湖北省电力试验研究院张太平采制样国家标准与国际标准对应关系ISO1988-1975HardcoalSampling硬煤-采样ISO13909-2001HardcoalandcokeMechanicalsampling硬煤和焦炭机械化采样ISO18283：2006HardcoalandcokeManualsampling硬煤和焦炭人工采样GB475-(75/83/96)GB474-(75/83/96)GB/T19494-2004机械化采样GB475-2008商品煤样人工采取方法GB474-2008煤样的制备方法•为了协调供应商与机械采样装置用户之间的联系，指导机械采样装置的采购与验收，制定了电力行标DL/T747-2010《发电用煤机械化采样装置性能验收导则》已有国家能源局颁布实施。主要内容•采样•制样•机械采制样•精密度与偏倚试验第一章采样技术主要内容•煤炭的基本特性•采样的原理•煤炭采样的代表性•商品煤人工采样（GB475-2008)•GB475-2008适用范围•采样方案•人工采样工具•初级子样的抽取•各初级子样配置方法•大块物料处理第一节煤炭基本特性1不均匀性2粒度特性3潮湿性与粘结性4非煤杂物5颗粒状态1．煤炭不均匀性1．1不均匀性概念•煤炭是一种固体可燃沉积岩,在由古代植物形成煤的过程中就具有组成不均匀的特性；在开采过程中由于坚固性差异，破裂成大小形状极不相同的颗粒。所以煤炭是一种组成和粒度极不均匀(指标变异性极大)大宗散状物料。•这种不均匀性可分为成分不均匀和分布不均匀。成分不均匀性是散状煤炭的单个颗粒之间的不同；分布不均匀性是散状煤炭的成分在不同部位的不同。•由于煤炭生成、采掘、加工条件以及装卸、运输、储存状态的不同，不均匀情况也就各异。1.2煤炭的不均匀性的影响因素1.2.1游离矿物质的含量煤中矿物质指除水分以外的无机物，已发现煤中有40种以上的矿物，但最主要的是粘土矿物（硅酸盐）、硫化物、碳酸盐、石英等。矿物质在煤中有两种存在状态，一种是与煤中有机质相结合的矿物质，分布较均匀，它主要来源于成煤的原始植物和成煤过程中在煤固化后随地下水溶液带到裂隙、劈理、孔洞中沉积的矿物质，这部分的含量一般不超过10%。另一种是游离状态的矿物质，一般块度较大，主要有矸石、夹矸、硫铁矿。它主要来源于煤炭采掘中矿井的底板、顶板或煤层夹石的机械混入，有时也会与伴生矿物质一起混入。其含量变化较大,一般5%～３０％。游离矿物质分布是极不均匀的。游离矿物质含量越大，均匀性越差。通常矿物质含量是由煤的灰分来反映的，煤的灰分含量越大，均匀性越差。游离矿物质含量是决定煤不均匀大小的主要因素。1.2.2粒级范围•煤炭是脆性物料，在采掘和运输过程中容易碎裂成大小不同的粒度，其粒度的分布与采掘工艺、煤的坚固程度有关。煤的粒度分布可用如下公式表示：Rx=100e-bxn式中Rx----在孔径为xmm筛上物的质量分数，%；b-----破碎程度特性系数，n-----粒度分布特性系数，n越大，粒度越均匀。•表1-1列出了某矿毛煤筛分试验结果,其粒度的分布特性如图所示。表1-1某矿毛煤筛分试验结果粒级（mm）100100～5050～2525～1313～66～33～0.50.5～0筛上质量(%)2.73.810.813.415.015.818.520.0筛上累计质量（%）2.76.517.313.745.761.580.0100图1-1某矿毛煤粒度的分布图•不同的粒级，有不同组成。不同的粒级，灰分显著不同，粒级越大,平均灰分越大,即大颗粒煤平均灰分比小颗粒大。绝大多数原煤、筛选煤都存在这一特征。•另据研究，粒级愈小，全水分愈高。由此可见，不同的粒度分布范围，有不同的组成。粒度分布范围越广，均匀性越差。•表1-1为某煤矿混煤筛分后不同粒级范围煤的灰分情况。表1-2某矿混煤粒度分布与灰分粒级（mm50～2525～1313～66～33～050～0筛上质量(%)14.416.717.017.034.9100灰分(Ad，％)51.9641.1434.1430.7022.5834.28•试验室制样机磨制的煤粉，同样存在着不同粒级范围煤的灰分产率不相同的现象，其规律也是粒级越大,平均灰分越大,即大颗粒煤平均灰分比小颗粒大。如表1-3实验室煤粉粒度与灰分的关系。粒度范围(μｍ)灰分(Ad，％)20040.2200～7439.17438．O•对于入炉煤粉(钢球磨煤机制粉系统），也同样存在着不同粒级范围煤的灰分产率不相同的现象，但粒级愈小，灰分愈高。•火电厂制粉系统(动态)制备的煤粉不同粒级范围的灰分列于表4。从表中可以看出，粒级愈小，灰分愈高，这种相反的规律性，与磨制煤粉的工艺条件密切相关。表1-4钢球磨煤机制粉系统煤粉粒度与灰分关系粒度范围(ｍｍ)大同煤(Ad，％)混合煤P(Ad，％)混合煤Q(Ad，％)2005.310.420.30200～907.115.323.1090～608.417.026.506011.623.6039.21.2.3加工处理工艺这里是指原煤是否经筛选或洗选等工艺加工。筛选加工的煤，一般粒级范围较小，颗粒大小较均一，其均匀性比原煤好。洗选加工的煤，颗粒大小较均一，且除去了大部分游离矿物质，相同粒度间的密度之差也较未加工前减小，洗煤产品的均匀性当然要比未经洗选的煤好。1.2.4偏析作用程度由于煤粒度及密度不同，其质量不相同，在流动过程中受重力作用产生的大小粒度自然分聚与分离的现象，称为偏析作用。例如皮带输送机两旁粒度大的煤多；取料机在贮煤场堆煤时，煤堆底部周围多集中粒度大的煤，从煤矿筒仓往火车车箱装煤中间小块细粒多而边缘大块多等等。粒度近似相同的煤因密度不相同，在下落流动中重的集中在下，轻的集中在上。这些说明了煤炭在流动中产生偏析现象是不可避免的。偏析作用愈大，煤的分离程度愈严重。偏析作用增加了煤的不均匀性。1.2.5是否混合及混合程度两种及以上不同来源混在一起的煤的均匀性比单一煤要差，特别是未掺混的煤。1.2.6煤质的序列相关性煤炭品质往往存在一定程度的序列相关性，即相邻的煤倾向于有相似的组成，相距较远的煤倾向于有不相似的组成。原煤序列相关性较为明显。1.3煤炭不均匀类型•根据煤炭产品指标的分布情况,煤的不均匀类型有如下几种。如图所示。•（１）较均匀是指煤炭的特性值变动幅度较小。如同一来源即同一煤矿短期生产的洗精煤干基灰分。（２）随机不均匀是指煤炭总体的特性均值与相邻部分的特性值无关，煤炭特性值服从正态分布。如从同一来源即同一煤层短期挖掘出来的经过洗选的混煤。３）定向非随机不均匀是指煤炭总体的特性值沿着一定方向改变。如煤炭在输送时，由于颗粒大小、轻重不同引起的垂直方向分离。洗煤在运送时水分沿车箱深度的分布。（４）周期非随机不均匀是指在连续的煤流中煤炭的特性值呈现出周期性变化，其变化周期有一定的频率和幅度，如电厂入炉煤混配交替上两种煤时。(５）混合非随机不均匀是指两种以上特性值不同煤炭合并后的物料。例如不同产地的两种煤，不同煤层的煤，掺矸煤，掺假煤。结语：•煤炭的不均匀情况差别很大，在采样实践中，必须将采样原理、标准方法与具体待采煤的不均匀情况结合起来，才能采取代表性煤样。•对于较均匀和随机不均匀类型的煤采用随机采样法或系统采样法均可；•对于定向非随机不均匀类型应采用深部分层采样或全深度采样；•对于周期非随机不均匀类型的煤采用分层随机采样法；•对于混合非随机不均匀类型的煤，应将其各组成部分分开，再分别采样，如不能分开，也不知其混合规律，则难以采取代表性煤样。1.4煤的不均匀度•煤炭的不均匀性是一种客观存在的属性。煤的不均匀度乃是表征煤炭不均匀性的量度即表征煤炭在物理化学性质上的分散性大小的物理量。由于灰分的变动性比其它物理化学指标变动性大，通常采用干基灰分的单个初级（原始）子样的标准方差VI表示，其数值大，则表示煤的不均匀度大。•图1-3、图1-4、图1-5给出了洗精煤、原煤、洗煤初级子样方差与相应灰分值绘在对数座标纸上散点图。•从图中可看出我国煤炭初级子样方差情况。不同品种的煤炭产品初级子样方差相差悬殊，洗精煤最小；原煤和洗煤初级子样方差与灰分有相关关系。图1-3洗精煤灰分与初级子样方差图1-4原煤灰分与初级子样方差图1-5洗煤灰分与初级子样方差初级子样方差确定：•各品种煤的初级子样方差（经验值）表1-5给出了大部分情况下（约80%）各品种煤初级子样方差高限值。类似的煤炭具有相似的方差。•国标GB475-2008,国标GB/T19494.3给出了测定方法。•在无资料时假定为20品种洗精煤洗煤原煤(Ad≤20%)原煤(Ad≥20%)初级子样方差(Ad)31215482.粒度特性-----标称最大粒度GB475-2008给出的定义：与筛上物累计质量分数最接近（但不大于）5％的筛子相应的筛孔尺寸。GB/T477煤炭筛分试验方法，给出的粒度分析系列筛为150mm、100mm、50mm、25mm、13mm、6mm。例如某筛分试验结果如下:筛孔尺寸mm15010050251313筛上物质量分数(%)1.52.520.525.527.023筛上物累计质量分数(%)1.54.024.550.077.0100表中数据标明，试验煤的标称最大粒度为100mm。煤的粒度特性与品种有关:例如混煤、末煤、粉煤的标称最大粒度分别是50mm、25（20、13）mm、6mm,而原煤则是300mm。3潮湿性与粘结性------外在水分全水分：外在水分，内在水分。4非煤杂物：具有一定形状和体积的木杂物、金属物、纤维类杂质、软杂质、橡胶杂品、石块和雷管、雷管皮、雷管脚线、导爆管、放炮线及其它外来杂质。5颗粒状态：自由状态，非自由状态如冻结状、软化泥化状。第二节燃煤采样原理1.采样的概念1.1统计抽样法：以数理统计为理论基础，按随机原理从总体中抽出样本进行观测，用样本指标推断总体指标的方法称为统计抽样法。•总体、个体、样本把研究对象的全体称为总体(又称母体)，而组成总体的每个元素称为个体。总体包含的个体数可以是有限的，也可以是无限的．总体就是一个具有确定概率分布的随机变量(一维或多维)，而一个个体则是随机变量的一次观测值。为了研究总体的情况，必须在总体中抽取一定数量的个体进行观测，这个过程称为抽样(也称取样、采样)。从一个总体X中抽取n个个体为观测值，称为取自总体X的一个样本(又称子样)．样本中个体的数目n称为样本容量。•1.2.简单随机样本为了使样本能很好地反映总体，要求:抽样具有随机性抽样独立性．因为独立观测是一种最简单的观测方法，对所得数据进行处理也较方便，所以要求在抽取每个个体时，每一次抽样都是独立进行的，即各次抽取的结果彼此互不影响，用概率论语言叙述，即要求样本中每个个体是相互独立的随机变量．同分布．要求抽取每个个体时每一次抽样都是在完全相同的条件下进行的，这样就能保证每一个样本都具有总体的特征，即要求每一个都与总体有相同的分布．凡满足上述要求的样本称为简单随机样本．1.3统计抽样法的主要理论依据根据大数定律概率论中的大数定律和中心极限定理有如下结论：•只有掌握足够多的个体现象，才能显示总体现象规律性；也只有样本平均数才能表现总体的规律性和趋势。•当样本容量足够大时，样本平均数趋近于总体平均数，样本平均数的分布近似服从正态分布。可以用数理统计学原理指导抽样，并推断结论。1.4抽样方法•有意抽样抽样时，抽样者从总体抽取自己认为需要的样品的抽样方法，例如，只抽取质量好的产品，或专门抽取质量差的产品。这种方法不符合统计技术和概率论，往往不能客观地评价批产品的总体质量水平。所以，在抽样检验中，不提倡采用有意抽样方法。•随机抽样抽样时，使总体中的每一个个体被抽取的概率均相等的抽样方法。随机抽样常用的有四种方法。•1)简单随机抽样法从包含N个抽样单元的总体中按不放回抽样抽取n个单元，若任何n个单元被抽出的概率均相等，，则称这种抽样方法为简单随样抽样法。这种抽样方法是生产中最常用的一种抽样方法。简单随机抽样可以用以下的逐个抽取单元的方法进行：第一个样本