NGAM-2008天然射線灰分儀在高陽選煤廠壓濾煤泥灰分檢測中的應用

王亞周

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團，山西 孝義 032300)

選煤生產(chǎn)出來的產(chǎn)品主要有精煤、中煤、煤泥及矸石。由于選煤生產(chǎn)過程是一個連續(xù)且不可逆轉(zhuǎn)的過程，因此必須保證各產(chǎn)品的一次性合格。在選煤生產(chǎn)中，大多數(shù)情況下是對精煤產(chǎn)品進行灰分檢測(保精煤)，而煤泥和矸石作為高灰分的產(chǎn)品一般情況下已無再利用的價值，對其質(zhì)量檢測往往不是很重視。但是，生產(chǎn)中的操作不當、工人疏忽、藥劑變化或煤質(zhì)突變時，均會使煤泥或矸石灰分降低，導致精煤損失。因此，對煤泥或矸石灰分進行實時檢測與反饋，保證其質(zhì)量合格，不僅可以最大程度地減少企業(yè)經(jīng)濟損失，同時還可為崗位操作提供指導。

1 概述

汾西礦業(yè)集團高陽選煤廠是高陽礦井的配套選煤廠，入選原煤全部由高陽礦井供給，入選能力為6.00 Mt/a，洗選工藝采用預先脫泥有壓重介旋流器分選-粗煤泥分選-浮選-壓濾的聯(lián)合工藝流程。在壓濾作業(yè)環(huán)節(jié)，壓濾煤泥灰分采用人工采樣、化驗的方法測定，存在人工誤差大、間隔時間長，不能及時、連續(xù)地反映生產(chǎn)情況的缺點，無法有效指導浮選生產(chǎn)操作。為此，選煤廠購置了NGAM-2008天然射線灰分儀用于壓濾煤泥灰分的在線檢測。

2 NGAM-2008天然射線灰分儀

2.1 結(jié)構(gòu)

NAGM-2008天然射線灰分儀屬于非接觸式在線檢測設(shè)備，適合安裝在膠帶輸送機、裝料機及升降機皮帶上?；曳謨x采用模塊化設(shè)計，由γ射線探測器、環(huán)境輻射屏蔽罩及其支架、現(xiàn)場操作儀表、遠端監(jiān)控計算機及一臺高精度煤流負荷稱重裝置組成(圖1)，其中：γ射線探測器是灰分儀的核心部件，用于探測膠帶上煤泥發(fā)出的天然γ射線；環(huán)境輻射屏蔽體用來屏蔽環(huán)境射線等因素的干擾，降低環(huán)境本底；高精度煤流負荷稱重裝置可實時監(jiān)測煤泥負荷參數(shù)，補償煤泥量變化對測量結(jié)果的影響；現(xiàn)場操作儀表負責將探測器與稱重裝置的原始測量信號處理后上傳；遠端監(jiān)控計算機則根據(jù)校準參數(shù)解析信號計算灰分[1-3]。

2.2 工作原理

射線在自然界中普遍存在，天然放射性元素可以看作是一些小的放射源，當它們發(fā)射的天然γ射線與周圍物質(zhì)(如煤中的礦物質(zhì)和有機質(zhì))相互作用時，天然γ射線的能量就向低能方向聚集，從而形成“低能峰”。這種“低能峰”的形狀和計數(shù)與煤的成分有關(guān)，利用這一信息，就可以對煤的灰分進行快速檢測[4-6]。

1—環(huán)境輻射屏蔽體;2—上皮帶;3—γ射線探測器;4—支架;5—下皮帶;6—分析儀

NGAM-2008天然射線灰分儀即是利用了上述檢測原理。為了避免外部環(huán)境因素對檢測結(jié)果的影響，灰分儀設(shè)置了環(huán)境輻射屏蔽體，可有效屏蔽90%以上的環(huán)境γ射線，降低了本底信號的影響[7-9]。NGAM-2008天然射線灰分儀采用高性能的γ探測器探測出煤流自身的天然γ射線信號，采用高精度稱重裝置探測出煤流質(zhì)量信號，再經(jīng)過一系列反推運算，即可得出煤流灰分[10-12]。

2.3 技術(shù)特點

NAGM-2008天然射線灰分儀技術(shù)特點為：

(1)無放射源。沒有輻射安全隱患，更安全，可簡化現(xiàn)場管理，不存在與放射源有關(guān)的任何管理，運行成本低。

(2)實時性強?？蓽y得最短10 s區(qū)間內(nèi)的有效灰分，遠優(yōu)于有源灰分儀的實時性。

(3)適應性強。與有源灰分儀相比，NAGM-2008天然射線灰分儀對灰分上限無限制，對煤流量(面密度)無限制，既適用于普通膠帶機，又可用于鋼絲帶上煤灰分測量。

(4)安裝簡單。模塊化設(shè)計，安裝簡便易行。

2.4 主要技術(shù)參數(shù)

(1) 灰分測量精度(標準偏差)：當煤炭灰分≤15%時，優(yōu)于0.5%；當煤炭灰分為15%～30%時，優(yōu)于1.5%；當煤炭灰分>30%時，優(yōu)于2.5%[13-15]。鑒于煤泥壓濾機卸料不均衡、不連續(xù)的特點，將本次應用標準偏差調(diào)整為優(yōu)于3.0%。

(2)產(chǎn)量計量精度：0.5級。

(3)測量穩(wěn)定性：同一煤種連續(xù)工作24 h變異系數(shù)<0.5%。

(4)單次測量時間：10～1 000 s。

3 應用效果

3.1 檢測效果評價

高陽選煤廠日處理原煤約1.8萬t，生產(chǎn)煤泥約900 t，年產(chǎn)煤泥約30萬t。歷年來煤泥灰分在63 %左右。高陽選煤廠煤泥運輸工藝流程(圖2)為：壓濾煤泥可由720#、721#、722#煤泥膠帶機轉(zhuǎn)載至煤泥堆場外銷；當沒有銷路時，煤泥通過720#膠帶機轉(zhuǎn)載到711#矸石膠帶機，運輸?shù)巾肥綏壷谩?/p>

圖2 高陽選煤廠煤泥運輸工藝流程

2017年3月，高陽選煤廠先在722#煤泥膠帶機(帶速1.60 m/s)安裝了一臺NAGM-2008天然射線灰分儀。該灰分儀于2017年7月調(diào)試完畢，取連續(xù)10日的灰分儀測定值與采樣化驗數(shù)據(jù)進行對比(表1)，結(jié)果表明：灰分儀誤差波動范圍為-2.49%～2.41%，平均絕對差值為1.63%，低于3.0%，可見灰分儀測量結(jié)果達到了高陽選煤廠的技術(shù)指標要求，且誤差小，從而表明NAGM-2008天然射線灰分儀可以在煤泥膠帶上正常使用，完全能夠滿足生產(chǎn)監(jiān)控的需求。

表1 722#膠帶機灰分儀測定值與化驗數(shù)據(jù)對比

3.2 不同帶速條件下的檢測效果

722#煤泥膠帶機試驗達到要求后，2017年10月，高陽選煤廠又在711#矸石膠帶機(帶速3.15 m/s)安裝了一臺NAGM-2008天然射線灰分儀。NAGM-2008天然射線灰分儀測定的灰分數(shù)據(jù)見表2。

表2 711#膠帶機灰分儀測定值與化驗數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of measured and analytical ash values at the 711# belt of transfer conveyor

由表2可見，布置在711#矸石膠帶機上的灰分儀測定結(jié)果誤差波動范圍為-2.71%～2.66%，平均絕對差值1.88%，雖然高于722#膠帶機的測量結(jié)果，但仍然低于3.0%，達到了高陽選煤廠的技術(shù)指標要求。

通過對兩臺NAGM-2008天線射線灰分儀近3個月檢測數(shù)據(jù)的對比，發(fā)現(xiàn)膠帶運行速度是灰分儀測定結(jié)果的影響因素，膠帶速度增大，測定結(jié)果的波動范圍也隨之增大。分析灰分儀測量隨機誤差變大的主要原因是：壓濾后的待測煤泥經(jīng)刮板輸送機卸落在輸送膠帶上，由于其形態(tài)不固定，空間分布不連續(xù)、不均勻，帶速越快，煤泥通過灰分儀探測區(qū)的時間越短，因此導致灰分儀探測煤泥射線信號的統(tǒng)計漲落變大。該誤差變化可通過調(diào)整天然射線灰分儀的采樣頻率、測量周期等參數(shù)得到改善。囿于目前工藝條件的限制，如果可以解決煤泥易堵的問題，改變煤泥輸送流程，增加緩沖和轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，使煤泥在膠帶上的分布形態(tài)更均勻、持續(xù)，天然射線灰分儀對煤泥的檢測精度會更高。

4 結(jié)語

NAGM-2008天然射線灰分儀在高陽選煤廠壓濾系統(tǒng)煤泥灰分在線檢測中的應用實踐表明，該灰分儀可連續(xù)測定煤泥灰分，能夠及時、準確地反映壓濾煤泥灰分情況，對浮選系統(tǒng)操作具有指導意義。由于檢測物料是塊狀、堆狀且隨機斷續(xù)的煤泥，因此膠帶速度會對灰分儀測定結(jié)果產(chǎn)生一定影響，膠帶速度增大，測定結(jié)果的波動范圍也隨之增大，這有待于今后采取相應措施，逐步完善檢測工藝技術(shù)，從而獲得更好的檢測結(jié)果。

參考文獻：

[1] 葛學海，白云飛，陳 鵬，等.NGAM-2008 天然射線灰分儀在選煤廠原煤灰分檢測中的應用[J]. 選煤技術(shù)，2016(4)：64-68.

[2] 葛學海，白云飛，陳 鵬，等.NGAM-2008 天然射線灰分儀在東灘選煤廠的應用[J]. 選煤技術(shù)，2014(8)：69-72.

[3] 葛學海，白云飛，陳 鵬，等. NGAM-2008天然射線(無源)灰分儀在精煤灰分在線檢測中的應用[J].選煤技術(shù)，2017(2)：67-69.

[4] 衣宏昌,梁漫春,林 謙.在線灰分檢測技術(shù)在中國的應用[J].煤炭加工與綜合利用,2006(5):39-42.

[5] 吳曙笛. 火電廠燃煤灰分在線連續(xù)自動監(jiān)測的天然放射性方法 [J].西北電力技術(shù)，2002 (4)：34-37.

[6] 蔡少輝.核技術(shù)在煤質(zhì)在線分析中的應用狀況[J]. 核電子學與探測技術(shù)，1993(6)：361-368.

[7] 馬永和，楊英范.同位素方法檢測煤炭灰分的進展[J].東北煤炭技術(shù)，1995(6)：52-59.

[8] 汲長松. 核輻射探測器及其實驗技術(shù)手冊(第2版)[M].北京：原子能出版社，2010.

[9] 張志康，卓韻裳，林 謙，等.γ輻射煤灰分儀[M].北京：原子能出版社，1999.

[10] 彭 勇，張江云，柏仁宣.NGAM-2008天然射線灰分儀在原煤煤質(zhì)檢測中的研究應用[J]，煤質(zhì)技術(shù)，2014(10)，57-65

[11] 陳 飛，洪美玲.天然射線灰分儀在在精煤灰分檢測中的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017(4)：237-238.

[12] 王守強，王學偉，劉則慶，等.新型在線測灰儀在渦北選煤廠的應用研究[J].煤炭技術(shù)，2015(1)：333-335.

[13] 楊華玉.γ射線在線灰分分析儀的操作測量性能評價方法[J].煤質(zhì)技術(shù)，2007(3)：31-32.

[14] 中國煤炭工業(yè)協(xié)會.煤炭在線分析儀測量性能評價方法：GB/T 19952-2005[S].北京：中國標準出版社，2005.

[15] 全國核儀器儀表標準化技術(shù)委員會. γ輻射煤灰分儀：EJ/T 1078-998[S].北京：中國標準出版社，1998.