中子活化在線分析儀在配料中的應用

張 偉 謝景為

（丹東東方測控技術股份有限公司 遼寧丹東 118002）

1 引言

生料作為水泥熟料生產的主要原料，它的質量及其變化對水泥廠的產品質量和經濟效益都有決定性的影響。而進廠石灰石的質量，取決于許多因素。進廠石灰石品位波動大，輔料沒有預均化，生料配比調整不及時及滯后性，對生料及后期熟料質量影響很大。

以某水泥廠為例。該水泥廠在使用在線分析儀前，生料配料采用手動調整配比方式，在出磨皮帶安裝自動取樣器，取樣器取得小時生料樣品進行分析化驗，根據化學分析結果生料配比的調整方式存在以下幾點問題：

（1）化學分析頻次低且分析結果滯后。

（2）取樣的代表性差。

采用中子活化水泥元素在線分析儀以后，在線分析儀通過中子活化瞬發γ分析（PGNAA）技術，實時檢測皮帶上的物料成分及控制系統2min一次生料配比的調整（最短周期1min）可以很好的解決配料中生料配比調整不及時和滯后性的問題。

2 檢測系統原理

分析儀采用中子活化瞬發γ分析（PGNAA）技術。慢化后的熱中子照射水泥物料，物料中各元素原子核與中子發生熱中子俘獲反應，放射出不同能量的特征γ射線，通過檢測特征γ射線的能量辨識物料中元素種類，通過檢測特定能量γ射線的強度得出元素含量。

圖1

在線中子活化分析儀安裝在破碎機下的皮帶上，每一分鐘檢測出原料的化學成分：鈣、硅、鐵、鋁、鎂。鉀、鈉等元素，計算機系統根據入磨對應批次的化學成分，計算出石灰石中含量的檢測值，通過光纖通訊傳送給計算機檢測系統。

3 控制系統原理

運用西門子S7-300PLC和wincc7.0實現自動控制，在線中子活化分析儀安裝在入磨原料皮帶機上，每一分鐘檢測出入磨原料的化學成分：鈣、硅、鐵、鋁和鎂等元素，計算機系統根據入磨對應批次的化學成分，計算出入磨混合料KH、SM、IM三個率值的檢測值，通過opc通訊傳送給生料質量計算機控制系統，根據設定三率值指標從而實現生料配比的自動調整。

4 在線分析儀的安裝及控制方法

為了解決分析頻次低、分析滯后及代表性問題，為了降低工藝調整難度，降低生產成本，提高生料及熟料質量，用戶經過多方調研，引進丹東東方測控技術股份有限公司中子活化水泥元素在線分析儀用在線分析儀。

中子活化水泥元素在線分析儀安裝操作簡單，采用先進的模塊化控制，裝置可繞皮帶安裝，無需切割皮帶。

現場通過入磨皮帶自動變頻控制以穩定皮帶料層厚度，使在線分析檢測更精確，在線分析儀對皮帶流經過的物料每分鐘檢測其原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等微量元素含量，計算出 KH、SM、IM 三率值，通過opc內部通訊傳輸到控制系統，控制系統內程序對檢測數據進行計算處理，根據三率值的設定值進行優化計算出當前原材料的最佳配比，實現閉環控制，實時調節各原料倉下料配比，使生料的三率值不斷地接近設定值，使出磨生料的KH、SM、IM三個率值控制達到穩定狀態，從而起到生料合格率提高及質量、降低成本的作用。應用的工藝點，如圖2所示。

控制系統設備組成聯系，如圖3所示。

經過長時間的運行證實，在線分析儀檢測數據準確可信，能夠穩定運行，降低了預均化要求，降低成本，提高了低品質石灰石的利用率，提高了產品的合格率。

5 生料配料在線分析儀應用效果

DF-5701中子活化水泥元素在線分析儀安裝在入磨皮帶上，連續檢測當前各原材料質量，并將分析儀的檢測系統數據傳輸給控制系統，控制系統根據程序計算，計算下一分鐘的優化配比，通過優化配比的調整以達到要求三率值指標。

圖2

圖3

我們在現場進行長時間的精度檢測，使用全分析化驗與DF-5701中子活化水泥元素在線分析儀檢測的數據進行比較得知，其測量精度完全達到廠家要求。以2016年3月25日～3月27日的生產統計數據為例，見表 1～4。

表1 CaO取樣對照數據表

表2 SiO取樣對照數據表

通過上面數據對比表明：在線分析儀檢測數據與化驗室分析數據具有很好的一致性。在線分析儀運行穩定，效果理想，可以保證生料的質量。

根據各原材料品位的波動來實時調整原材料的配比，保證了生料配料控制過程中原料成分穩定，減少了波動，間接將低品位石灰石利用最大化，降低了生產成本。

6 總結

DF-5701在線分析儀在該水泥廠的成功使用，不僅降低了人工取樣化驗工作量，而且提高了企業自動化水平。在線分析儀在使用過程中解決了分析頻次低、分析滯后及代表性差的問題，通過進行優化配料，降低了工藝調整難度，降低生產成本。

DF-5701中子活化水泥元素生料配料用在線分析儀的成功投運，提高了企業生產、質量管理水平，能夠充分挖掘企業潛力，提高企業市場競爭力，為企業帶來巨大的經濟效益。

表3 Al2O3取樣對照數據表

表4 Fe2O3取樣對照數據表