煤質(zhì)快速檢測技術(shù)及其在選煤廠中的實踐應(yīng)用研究

王蛟龍

(晉能控股煤業(yè)集團地煤公司，山西 大同 037000)

引 言

在礦井中采集得到煤礦資源需要通過選煤廠進行進一步處理才能交付給客戶進行使用[1]。煤礦資源的來源不同、處理工藝不同，得到的煤炭質(zhì)量也會存在一定程度的差異，選煤廠需要對生產(chǎn)得到的煤炭進行檢驗以確定其質(zhì)量等級[2]。基于煤質(zhì)檢測結(jié)果，選煤廠可以對選煤工藝進行調(diào)整，從而提升選煤廠的生產(chǎn)質(zhì)量[3]。另外，還可以將不同等級的煤炭發(fā)送給對應(yīng)的客戶，在最大限度上提升煤炭資源的利用率[4]。近年來，隨著選煤廠生產(chǎn)效率以及市場對煤炭資源要求的不斷提升，對煤質(zhì)檢驗的質(zhì)量和效率要求也有了很大程度的提升[5]。為應(yīng)對市場需求，很多選煤廠都開始應(yīng)用煤質(zhì)快速檢測技術(shù)[6]。本文主要分析了基于交流阻抗譜技術(shù)的煤質(zhì)快速檢驗技術(shù)，及其在選煤廠中的實踐應(yīng)用效果。對于提升選煤廠煤質(zhì)檢測精度和效率具有重要的實踐意義。

1 選煤廠及其對煤質(zhì)檢驗的需求分析

某選煤廠設(shè)計的年生產(chǎn)能力為500萬t/a。在礦井中采集得到的煤礦資源，運輸?shù)竭x煤廠后，經(jīng)過初步洗選，再進一步輸送到運銷車間進行配煤，然后經(jīng)過煤質(zhì)檢驗工序確定煤炭的質(zhì)量等級，再進行單點裝車。但選煤廠的煤質(zhì)檢驗結(jié)果精度不是很高，導(dǎo)致裝車合格率無法得到有效提升，很大程度上制約了選煤廠的經(jīng)濟效益。出現(xiàn)這種問題的原因是多方面的，結(jié)合具體情況分析認為原因主要包含以下兩點：第一，運輸?shù)竭x煤廠中的原煤來自于不同的礦井、不同的煤層，導(dǎo)致原煤質(zhì)量和屬性存在差異，在相同的洗選工藝條件下，得到的煤炭產(chǎn)品質(zhì)量存在明顯的波動。這對煤質(zhì)檢驗技術(shù)提出了相對較高的要求，傳統(tǒng)的檢測方法無法進行精確檢測；第二，檢測速度較慢，結(jié)果嚴重滯后。傳統(tǒng)煤質(zhì)檢驗方法中，需要在皮帶機中進行煤炭取樣，并將樣品送到化驗室中進行檢驗。從取樣到獲得最終檢驗結(jié)果需要持續(xù)2 h左右。再加上選煤廠設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬t/a，但該選煤廠在實際操作過程中生產(chǎn)量達到了700萬t/a。實際生產(chǎn)量遠超過設(shè)計生產(chǎn)能力。上述兩個因素導(dǎo)致煤質(zhì)檢驗速度無法跟上實際生產(chǎn)節(jié)奏。

煤質(zhì)檢驗結(jié)果不準會導(dǎo)致煤炭產(chǎn)品的效能無法得到最大限度發(fā)揮。不僅會造成煤炭資源的浪費，也會導(dǎo)致選煤廠經(jīng)濟效益受損?；诖?，選煤廠設(shè)計研制了煤質(zhì)快速檢驗技術(shù)，不僅顯著提升了煤質(zhì)檢驗精度，還極大地縮短了煤質(zhì)檢驗時間。

2 基于交流阻抗譜技術(shù)的煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)整體框架

如第165頁圖1所示，為煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。從圖1中可以看出，檢測系統(tǒng)利用水分傳感器對煤炭中包含的水分進行檢測，利用插式傳感器對煤炭中的灰分進行檢測。其中，水分傳感器檢測得到的是數(shù)字量信號，可以直接傳輸?shù)轿⑻幚砥髦羞M行分析。插式傳感器檢測得到的信號為模擬量信號，需要通過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后再傳輸?shù)轿⑻幚碇羞M行分析。微處理器可以通過鍵盤輸入相關(guān)的信息，可以通過LCD顯示屏對相關(guān)處理結(jié)果進行顯示，可以通過RS232通道與上位機PC進行連接。

圖1 煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

在已知煤炭水分含量的基礎(chǔ)上，不同灰分含量的煤炭產(chǎn)品，對于不同激勵源的響應(yīng)存在一定差異，這種差異可以通過插式傳感器進行檢測?？紤]到激勵源經(jīng)過煤炭產(chǎn)品后信號會出現(xiàn)明顯的衰減，專門設(shè)置了調(diào)理電路對衰減后的信號進行調(diào)整和擴大，以保障信號的穩(wěn)定性。然后還需要基于A/D轉(zhuǎn)換電路將相關(guān)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，最核心的部件為CS5532轉(zhuǎn)換器，該型號轉(zhuǎn)換器在實踐中表現(xiàn)出很多優(yōu)勢，比如噪音低、分辨率高等?？捎行Ы档托盘栟D(zhuǎn)換過程中的誤差，保障轉(zhuǎn)換效率，完全能夠滿足煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的實際使用需要。

2.2 煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的工作流程

如圖2所示，為煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的基本工作流程框圖。由圖2可知，檢測系統(tǒng)啟動后，首先對系統(tǒng)進行初始化處理，確保系統(tǒng)各項功能都能夠正常運行且設(shè)置都歸零。然后基于水分傳感器對煤炭中的水分含量進行檢測，在獲得水分含量的基礎(chǔ)上，利用插式傳感器對煤炭中的阻抗值進行檢測。最后對檢測信號進行處理分析，得到最終的煤炭質(zhì)量檢測結(jié)果，并對結(jié)果進行顯示和保存。整個過程不斷的循環(huán)操作，實現(xiàn)煤炭質(zhì)量的持續(xù)性檢測。煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)采用的是模塊化設(shè)計，不同模塊之間只進行數(shù)據(jù)信息傳遞，功能上完全相互獨立，哪個模塊出現(xiàn)問題就只針對該模塊進行檢修即可，因此方便后期的維護保養(yǎng)，節(jié)省維護保養(yǎng)成本。

圖2 煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的基本工作流程框圖

3 煤質(zhì)快速檢測技術(shù)在選煤廠中的實踐應(yīng)用研究

為了對煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的效果進行檢驗，將該系統(tǒng)應(yīng)用到選煤廠工程實踐中，并對其應(yīng)用效果進行了實踐測試。提取了檢測系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，為了對煤質(zhì)在線檢測系統(tǒng)的檢測精度進行驗證，檢測系統(tǒng)運行過程中還利用常規(guī)的線下化驗方法對煤炭中的灰分進行了檢測，結(jié)果如圖3所示。

圖3 煤炭灰分持續(xù)檢測結(jié)果

從圖3中可以看出，煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)得到的灰分測量結(jié)果與傳統(tǒng)的線下化驗結(jié)果之間雖然存在一定程度的差異，但這種差別相對較小，在工程實踐中是可以接受的，可以認為化驗值與測量值之間整體上吻合得較好。說明煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)能夠得到相對比較準確的結(jié)果。造成誤差的原因主要是因為本系統(tǒng)為在線檢測系統(tǒng)，對樣品的檢測時間相對較短，實踐過程中系統(tǒng)對每個樣品檢測的時間只有10 s～20 s。如果想進一步提高煤質(zhì)在線檢測系統(tǒng)的化驗精度，可以適當延長每個樣品的檢測時間，但這勢必會影響在線檢測系統(tǒng)的檢測效率。所以選煤廠需要充分結(jié)合實際情況來設(shè)置每個樣品的檢測時間，在檢測效率和檢測精度之間掌握平衡。

綜上，煤質(zhì)快速在線檢測系統(tǒng)在選煤廠中的實踐應(yīng)用，取得了很好的應(yīng)用效果，在很大程度上提升了煤質(zhì)檢驗的效率和精度，提升了單點裝車的合格率。為選煤廠創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，得到了技術(shù)人員的一致認可。

4 結(jié)語

選煤廠中對煤質(zhì)進行檢驗是必不可少的環(huán)節(jié)，直接決定著選煤廠的經(jīng)濟效益，還會影響煤炭資源的利用效率。隨著煤礦領(lǐng)域技術(shù)水平的不斷提升，對煤質(zhì)檢驗的效率、質(zhì)量、精度等提出了更高的要求，很多選煤廠開始使用煤質(zhì)快速在線檢測技術(shù)。在充分分析選煤廠實際需求的基礎(chǔ)上，研究了一種煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)，首先利用水分傳感器對煤炭中包含的水分進行檢測，在此基礎(chǔ)上利用插式傳感器對煤炭中灰分進行檢測。將煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果與線下化驗結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者之間吻合相對較好，誤差在可接受范圍內(nèi)。可見，煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)在實踐中取得了較好的應(yīng)用效果，為選煤廠創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。