PGNAA技術(shù)對水泥廠入廠煤檢測的應(yīng)用研究

肖憲東 龔亞林 吳志強(qiáng) 張 偉

（丹東東方測控技術(shù)股份有限公司， 遼寧 丹東 118002）

水泥工業(yè)是高投資和高能耗的產(chǎn)業(yè)，煤炭作為水泥生產(chǎn)中重要的燃料，其作用除了為孰料生產(chǎn)提供熱量外，煤炭燃燒之后所剩余的灰分，將全部落入到孰料生產(chǎn)工藝中。因此，其質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到水泥孰料的質(zhì)量和產(chǎn)量。

煤炭成本占整個水泥原燃料成本的60%左右，如何避免煤炭供應(yīng)商以次充好，確保煤質(zhì)分析結(jié)果真實(shí)可信，避免與煤炭供應(yīng)商之間的糾紛，是當(dāng)前水泥生產(chǎn)企業(yè)著重考慮的問題。同時，煤質(zhì)質(zhì)量真實(shí)、穩(wěn)定、可靠，也是保證企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行、降低企業(yè)生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。

目前，大部分的水泥廠采用人工采樣分析的方法對入廠煤的煤質(zhì)進(jìn)行分析，運(yùn)煤車輛將煤卸入原煤堆廠之后，采樣人員采集數(shù)公斤的煤炭樣品，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行縮分處理，制成分析試樣，對每一個關(guān)注的煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，整個分析結(jié)果需要經(jīng)過數(shù)個小時甚至更長的時間。PGNAA技術(shù)用于在線分析具有全面、快速、無損等特點(diǎn)，為了保證整個分析結(jié)果的代表性、準(zhǔn)確性和時效性，嘗試采用PGNAA技術(shù)對水泥廠入廠煤進(jìn)行在線檢測。

1 入廠煤煤質(zhì)在線檢測系統(tǒng)的組成

整個水泥廠入廠煤在線檢測系統(tǒng)主要由三部分組成，包括采樣子系統(tǒng)、分析子系統(tǒng)和留樣子系統(tǒng)。

圖1 入廠煤煤質(zhì)在線檢測系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)的工作過程為：當(dāng)運(yùn)煤車輛到達(dá)指定位置獲，圖像識別、位置識別傳感器會自動采集車輛的尺寸信息，采集完車輛信息后，采樣主機(jī)會根據(jù)采集到的車輛信息隨機(jī)的生成采樣位置點(diǎn)，同時將采樣位置點(diǎn)信息傳輸給采樣機(jī)PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)將控制采樣頭到指定的位置以指定深度完成煤炭樣品采集工作。采樣機(jī)完成采樣工作后，采集到的煤樣通過皮帶給料機(jī)輸送機(jī)破碎機(jī)，煤樣經(jīng)破碎后，自動進(jìn)入到分析儀進(jìn)料斗內(nèi)，輸送到分析儀內(nèi)部皮帶上，煤流隨皮帶一起自動向前移動的同時，密度計、微波水分儀、中子活化探測系統(tǒng)等立即進(jìn)行煤質(zhì)中的各元素和水分的檢測，當(dāng)采樣的煤流全部通過分析儀后，分析儀皮帶停轉(zhuǎn)，等待下一個煤流的到來，被分析過的煤流通過返煤皮帶上的刮掃縮分器和留樣分礦收集機(jī)進(jìn)行取樣（用于留存及化驗(yàn)室分析），余煤返到臨時棄料倉內(nèi)，分析結(jié)果通信傳送至企業(yè)數(shù)據(jù)管理中心。

2 系統(tǒng)在現(xiàn)場的試驗(yàn)效果

分析儀在現(xiàn)場安裝調(diào)試完成后，對分析儀的性能進(jìn)行評估，在性能評估過程中，使用實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果作為分析儀的參比值。為了確保實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果的可信度，評估過程中采集雙份參比樣品，參比樣的采集位置如圖 2所示，將兩份樣品的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的平均值作為參比值。

圖2 分析儀性能評估過程中參比樣的采集方式

表1 灰分比對數(shù)據(jù)

本次性能評估實(shí)驗(yàn)共采集了15組比對樣品，對煤炭中的灰分、水分、熱值三個指標(biāo)分別進(jìn)行了評估。

表1為分析儀灰分檢測性能評估數(shù)據(jù)。

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表2為分析儀水分檢測性能評估數(shù)據(jù)。

表2 水分比對數(shù)據(jù)

表3為分析儀熱值檢測性能評估數(shù)據(jù)。

表3 水分比對數(shù)據(jù)

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3 結(jié)論

使用 PGNAA原理的煤質(zhì)在線在線檢測設(shè)備，與現(xiàn)場的機(jī)械式采樣設(shè)備相結(jié)合，能夠?qū)θ霃S煤的煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行快速全面的檢測，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室煤質(zhì)分析工序復(fù)雜、結(jié)果滯后、人為因素影響大等問題。針對水泥廠入廠煤，對于分析儀的測量結(jié)果與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果進(jìn)行了比對，15組樣品分析儀測量值和實(shí)驗(yàn)室分析值之間差值的標(biāo)準(zhǔn)差分別為：灰分測量標(biāo)準(zhǔn)差為 0.33%；水分測量標(biāo)準(zhǔn)差0.37%；熱值測量標(biāo)準(zhǔn)差50.41Kcal/kg。測試結(jié)果表明，基于PGNAA原理的煤質(zhì)在線檢測設(shè)備，能夠滿足當(dāng)前水泥廠對于入廠煤質(zhì)量控制的要求。