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        基于TRIZ改進(jìn)煤質(zhì)分析儀預(yù)處理系統(tǒng)

        2020-05-09 09:58:01張建張偉劉永睿
        科技創(chuàng)新與品牌 2020年2期

        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

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