煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：由于煤炭?jī)?nèi)部成分和性質(zhì)的復(fù)雜性，為了更好地了解煤炭的成分組成及其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)，需要利用一定的技術(shù)手段對(duì)煤炭進(jìn)行分析。本文在闡述我國(guó)煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了幾種常見的煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例就天然射線（無源）灰分檢測(cè)法的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)探究。

關(guān)鍵詞：煤質(zhì)信息；在線檢測(cè)；無源灰分檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TL99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0338-02

1 引 言

灰分、水分、發(fā)熱量和含硫量均為煤炭質(zhì)量評(píng)估的重要指標(biāo)，能夠在線獲取輸送帶上煤流的煤質(zhì)信息，在提高煤炭開發(fā)、生產(chǎn)和利用效率方面意義重大。與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比，在線檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤質(zhì)信息的快速檢測(cè)，規(guī)避了人工制樣勞動(dòng)強(qiáng)度大、試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度低等問題，檢測(cè)結(jié)果更為客觀、準(zhǔn)確。因此，在線檢測(cè)技術(shù)以其快速、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)將在煤質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用前景。

2 我國(guó)煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展情況

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了各行業(yè)的進(jìn)步，但是電能消耗也不斷增加，而煤炭在能源消耗中占據(jù)的比例最大，特別是在近幾年中小煤礦市場(chǎng)需求持續(xù)增加的形勢(shì)下，均提高了煤礦開采強(qiáng)度，為電廠電能持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)提供了保障。但是煤炭的質(zhì)量與鍋爐燃燒的安全性密切相關(guān)，以及電廠的經(jīng)濟(jì)效益，故對(duì)整個(gè)煤炭燃燒過程進(jìn)行檢測(cè)，確定煤炭的燃耗效率與污染物的排放量具有重要影響。當(dāng)前，隨著國(guó)外煤質(zhì)在線分析儀應(yīng)用的日益廣泛，高端設(shè)備的高性能提高了生產(chǎn)效率，也促進(jìn)了電力行業(yè)、儀表制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展。但是因?yàn)槭艿搅送顿Y的影響，我國(guó)煤質(zhì)在線分析儀應(yīng)用還處于初步階段。從長(zhǎng)期發(fā)展角度來說，煤質(zhì)在線分析儀的應(yīng)用是未來電廠煤質(zhì)檢測(cè)的必然手段，符合時(shí)代發(fā)展需求，同時(shí)在提高煤炭燃燒率、降低電廠生產(chǎn)成本等方面發(fā)揮著重要作用。

3 幾種煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)的分析

3.1 在線灰分檢測(cè)

目前，當(dāng)前工業(yè)化中應(yīng)用比較廣泛的在線分析技術(shù)主要包括瞬發(fā)γ射線中子活化分析法、雙能量γ射線透射法，具體分析如下：

3.1.1 瞬發(fā)γ射線中子活化分析法

工作原理：使用經(jīng)過漫化處理后的熱中子照射煤，使得中子與煤中的各元素相反應(yīng)，充分發(fā)揮出太原子核的能量，使得特征γ線后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。熱中子源可分為三類：①252Cf裂變中子源，其壽命2.64a，但不能對(duì)C、H等元素進(jìn)行檢測(cè)；②電控脈沖中子管，主要利用電子等高能粒子對(duì)靶原子進(jìn)行撞擊，可進(jìn)行全元素檢測(cè)，但使用壽命為2.28a，且成本較高；③Am-Be中子源，這種中子源的比放射性較低，目前尚未在商業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

3.1.2 雙能量γ射線透射法

采用Am的低能γ射線和Cs的中能γ射線透過被測(cè)煤樣，而煤炭的灰分值與煤層厚度則決定了低能γ射線的強(qiáng)弱，而煤層厚度則決定了中能γ射線的強(qiáng)弱。通過閃爍探頭則可以將透過煤層的兩種能量射線轉(zhuǎn)化為不同的電信號(hào)，而電信號(hào)的強(qiáng)弱變化則由煤灰分值與煤層厚度共同決定，工作原理如圖1所示。

該檢測(cè)方法量煤炭看作由兩種不同原子序數(shù)物質(zhì)組成的二元混合物，即低Z元素（主要成分為C）和高Z元素（主要成分為Si、Al）。通常在同一礦井下或同一開采層面開采的煤炭，其高Z元素可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以雙能量γ射線透射法可應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)。但由于煤炭形成及生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜，測(cè)量誤差較大。從實(shí)際應(yīng)用角度來說，需從測(cè)量精度、技術(shù)的可行性、經(jīng)濟(jì)成本與環(huán)境的適用性等多個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行考量，經(jīng)比較確定雙能量γ射線透射法在煤灰分檢測(cè)中應(yīng)用效果最佳，技術(shù)可行性較高。該技術(shù)對(duì)Fe元素較為敏感，可對(duì)鐵、硫等含量較高的煤質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，在增加能量射線后可對(duì)鐵的射線強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，修正鐵元素波動(dòng)引發(fā)的測(cè)量誤差，這樣便可達(dá)到提高高鐵每種檢測(cè)準(zhǔn)確性的目的。

3.1.3 天然射線（無源）灰分檢測(cè)法

煤炭中含量微量天然放射性元素，經(jīng)過大量的煤樣測(cè)試可知煤炭中的天然放射性水平和灰分含量為正相關(guān)關(guān)系，也就是說煤的灰分越高，則天然放射性元素的含量越高，而煤中釋放的天然γ射線也越強(qiáng)。

3.2 水分在線檢測(cè)

微波測(cè)試多應(yīng)用于煤炭水分的檢測(cè)，工作原理詳細(xì)如下：微波由高頻電磁波投射介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的功能衰減、相位改變等主要由介質(zhì)的介電常數(shù)、損耗角正切值等決定。微波從微波發(fā)射源中發(fā)出，透過物料后由微波接收器接收，依據(jù)微波的物理性能參數(shù)變化可知物料中的水分含量。

4 實(shí)例探析煤質(zhì)在線檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

下文僅以天然射線（無源）灰分檢測(cè)法為例，對(duì)煤質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

4.1 項(xiàng)目概況

某選煤廠是一座設(shè)計(jì)能力為1.2Mt/a的大型煉焦煤選煤廠，精煤產(chǎn)品由重介精煤、粗精煤泥和浮選精煤共同組成。為了能夠提高檢測(cè)效率、及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)，該選煤廠選用無源灰水儀實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)精煤膠帶輸送機(jī)上混精煤（重介質(zhì)旋流器分選出的精煤與浮選精煤的混合）的灰分、水分?jǐn)?shù)據(jù)。

4.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及功能

4.2.1 結(jié) 構(gòu)

無源灰水儀（圖2）由安裝在膠帶輸送機(jī)機(jī)架上的NGAM-2008天然射線灰分檢測(cè)單元、MWKF-2010微波水分檢測(cè)單元以及布置在遠(yuǎn)端監(jiān)控室的主機(jī)組成，主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)部分之間由光纜聯(lián)通。

NGAM-2008天然射線灰分檢測(cè)單元由用于捕獲煤中的天γ射線探測(cè)器、用于射線譜線分析的能譜分析儀、用于計(jì)量累計(jì)產(chǎn)量的負(fù)荷稱重裝置及用于屏蔽宇宙環(huán)境干擾的環(huán)境輻射屏蔽體等構(gòu)成；MWKF-2010微波水分檢測(cè)單元由X波段微波發(fā)射和接收天線、微波信號(hào)單元、物料厚度傳感器等構(gòu)成。灰分檢測(cè)單元與水分檢測(cè)單元之間以CAN總線方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速交互，從而實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步檢測(cè)的目的。

4.2.2 功能特點(diǎn)

無源灰水儀用于對(duì)煤質(zhì)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量，具有如下功能及特點(diǎn)：

（1）不使用放射源，綠色環(huán)保，對(duì)人體無輻射危害；

（2）可以給出瞬時(shí)、1min、10min、小時(shí)以及班、日、月等時(shí)間段的累計(jì)灰分、水分、發(fā)熱量及累計(jì)產(chǎn)量的檢測(cè)結(jié)果；

（3）能測(cè)出輸送煤流從內(nèi)到外的全灰分和全水分值，測(cè)量結(jié)果更具有代表性；

（4）無源灰水儀的灰分和水分檢測(cè)單元接口匹配，信號(hào)兼容，數(shù)據(jù)聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)了多種參數(shù)的在線同步測(cè)量，構(gòu)成了統(tǒng)一的檢測(cè)系統(tǒng)。

4.2.3 應(yīng)用效果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，灰分測(cè)量精度為0.13%，水分測(cè)量精度為0.31%，完全達(dá)到了使用要求。該無源灰水儀自安裝以來運(yùn)行穩(wěn)定，選煤廠在生產(chǎn)中參照無源灰水儀檢測(cè)出的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)節(jié)選煤生產(chǎn)參數(shù)，大大提高了混精煤合格率（從67.82%提高到78.89%）；按照年入選原煤330萬t、精煤價(jià)格800元/t計(jì)算，可以多盈利844.8萬元。

表1所示為無源灰水儀的測(cè)量值與膠帶輸送機(jī)機(jī)械采樣的化驗(yàn)值對(duì)比結(jié)果，以檢驗(yàn)無源灰水儀的測(cè)量效果。

5 結(jié) 語

總而言之，在線檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)灰分、水分、發(fā)熱量及累計(jì)產(chǎn)量等多種參數(shù)進(jìn)行同步在線測(cè)量。本文所探究的應(yīng)用實(shí)踐表明，無源灰水儀的檢測(cè)精度高、自動(dòng)化水平高，適用于檢測(cè)精煤及原煤等，達(dá)到了指導(dǎo)生產(chǎn)、質(zhì)量考核結(jié)算的使用目的，降低了企業(yè)的管理成本，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

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收稿日期：2018-7-23

作者簡(jiǎn)介：郝志鵬（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事煤炭銷售及檢測(cè)工作。