中子活化分析技術(shù)在煤質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

劉永超，宋青鋒，李巖峰，吳志強(qiáng)

煤炭作為水泥熟料生產(chǎn)的重要原、燃料，其質(zhì)量變化直接影響水泥熟料的質(zhì)量，同時(shí)煤耗成本占水泥熟料生產(chǎn)成本的一半以上，因此，對(duì)入廠煤質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控至關(guān)重要。

水泥廠煤炭入廠通常采用皮帶輸運(yùn)或汽車運(yùn)輸，廠內(nèi)煤炭質(zhì)量分析通常采用傳統(tǒng)的人工采樣、制樣和分析的方法，每入廠一批煤，需要在卸完煤后進(jìn)行一次人工取樣。這種分析方式主要存在以下問題：采樣量少，采樣結(jié)果代表性較差；大部分工作需要人工完成，采樣結(jié)果受人為因素影響較多；分析結(jié)果滯后，對(duì)原煤入廠質(zhì)量把關(guān)、堆放和利用指導(dǎo)不足。

近年來，中子活化旁線煤質(zhì)分析儀在國內(nèi)發(fā)電廠、選煤廠、水泥廠陸續(xù)得到應(yīng)用，其測(cè)量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，得到了行業(yè)的普遍認(rèn)可。

利用中子活化旁線煤質(zhì)分析儀進(jìn)行入廠煤質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)的總體方案為，在車輛或皮帶進(jìn)入原煤堆場(chǎng)前安裝自動(dòng)采樣分析系統(tǒng)，通過采樣機(jī)采煤，結(jié)合中子活化旁線煤質(zhì)分析儀進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，整體實(shí)現(xiàn)采煤，煤質(zhì)分析、縮分取樣及棄煤處理全自動(dòng)化，從采樣到得到分析結(jié)果只需10～15min。生產(chǎn)人員能及時(shí)掌握煤質(zhì)的變化，采購人員能根據(jù)發(fā)熱量按合同進(jìn)行核算，從而提高煤質(zhì)檢測(cè)管理的水平。

1 采樣機(jī)

1.1 皮帶中部采樣機(jī)

對(duì)于碼頭來煤，通常采用皮帶輸運(yùn)方式入廠，采用皮帶中部采樣機(jī)對(duì)皮帶上的煤炭自動(dòng)取樣，經(jīng)初級(jí)破碎后進(jìn)入分析儀儲(chǔ)料斗，分析儀實(shí)時(shí)檢測(cè)出煤炭中各項(xiàng)工業(yè)分析指標(biāo)，分析完的料樣經(jīng)縮分取樣留存后，剩余部分經(jīng)斗式提升機(jī)返回原皮帶機(jī)。皮帶中部采樣分析系統(tǒng)流程及布置見圖1～圖3，系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2 橋式汽車采樣機(jī)

圖1 皮帶中部采樣分析系統(tǒng)立體布置圖

圖2 皮帶中部采樣分析系統(tǒng)方案圖

圖3 皮帶中部采樣分析系統(tǒng)流程圖

表1 皮帶中部采樣機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)

圖4 橋式汽車原煤采樣分析系統(tǒng)流程圖

圖5 橋式汽車采樣分析系統(tǒng)立體布局圖

對(duì)于汽車運(yùn)輸入廠原煤，設(shè)計(jì)采用橋式采樣機(jī)進(jìn)行采樣，采樣機(jī)對(duì)車廂內(nèi)原料進(jìn)行隨機(jī)布點(diǎn)、自動(dòng)取樣，經(jīng)初級(jí)破碎后進(jìn)入分析儀，檢測(cè)出原料中各元素含量，分析完的料樣縮分取樣留存后，剩余部分輸送回車廂。橋式汽車采樣分析系統(tǒng)流程及布置見圖4、圖5，采樣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表2。

2 中子活化旁線煤質(zhì)分析儀

DF-5703（B）中子活化旁線煤質(zhì)分析儀由分析儀模塊、中子源、探測(cè)器、信號(hào)處理箱、馬達(dá)控制箱、主機(jī)、入煤斗、滾筒護(hù)罩、卸煤口、槽鋼支架等部分構(gòu)成，內(nèi)置密度計(jì)、微波水分儀。中子活化旁線煤質(zhì)分析儀見圖6，分析儀技術(shù)參數(shù)見表3。

中子活化旁線煤質(zhì)分析儀基于中子活化分析技術(shù)（PGNAA）設(shè)計(jì)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)分析方法對(duì)煤炭質(zhì)量進(jìn)行快速分析。旁線煤質(zhì)分析儀需從采樣系統(tǒng)獲取煤樣，測(cè)量區(qū)域料形固定且有密度補(bǔ)償功能，較跨帶式在線煤質(zhì)分析儀分析精度更高，該分析儀可實(shí)時(shí)分析煤質(zhì)主要參數(shù)和工業(yè)指標(biāo)，有效監(jiān)控煤質(zhì)。

表2 橋式汽車采樣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

圖6 中子活化旁線煤質(zhì)分析儀

表3 分析儀技術(shù)參數(shù)

3 應(yīng)用案例分析

某水泥示范線煤炭在線檢測(cè)系統(tǒng)由橋式汽車采樣、煤炭在線實(shí)時(shí)分析、留樣棄煤處理三個(gè)子系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)主要可實(shí)現(xiàn)車輛采樣、在線分析、煤質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和集成以及共享等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖7所示。

3.1 主要功能

（1）降低實(shí)驗(yàn)室勞動(dòng)強(qiáng)度，提高自動(dòng)化水平，無取樣、制樣等人為因素干擾，分析結(jié)果更加準(zhǔn)確、客觀。

（2）精確快速檢測(cè)，分析儀按車次給出檢測(cè)結(jié)果，保證煤質(zhì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與及時(shí)性。

（3）監(jiān)測(cè)煤質(zhì)大部分工業(yè)指標(biāo)的波動(dòng)情況。利用分析儀同時(shí)檢測(cè)煤的各項(xiàng)指標(biāo)信息，包括灰分、水分、硫含量、熱值及灰成分（SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等氧化物含量）。

（4）指導(dǎo)分類堆放和配煤，避免優(yōu)質(zhì)煤浪費(fèi)。

3.2 測(cè)量精度

圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

圖8 灰分測(cè)量結(jié)果對(duì)比

圖9 水分測(cè)量結(jié)果對(duì)比

圖10 硫含量測(cè)量結(jié)果對(duì)比

圖11 熱值測(cè)量結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證DF-5703（B）中子活化旁線煤質(zhì)分析儀各測(cè)量指標(biāo)精度，通過橋式汽車取樣器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)50輛卡車來煤進(jìn)行了取樣，通過DF-5703（B）中子活化旁線煤質(zhì)分析儀進(jìn)行了煤質(zhì)分析并對(duì)留樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)。灰分、水分、硫含量、熱值對(duì)比數(shù)據(jù)如圖8～圖11。

從圖8～圖11中可以看出，50組數(shù)據(jù)各工業(yè)指標(biāo)對(duì)照趨勢(shì)良好，灰分、水分、硫含量、熱值測(cè)量誤差（1σ）分別為0.45%、0.32%、0.05%、284.2kJ/kg。說明中子活化旁線煤質(zhì)分析系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果精度高，結(jié)合橋式汽車取樣器能夠有效對(duì)入廠煤質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量管控。

4 結(jié)語

中子活化旁線煤質(zhì)分析儀結(jié)合自動(dòng)采樣機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥廠入廠煤質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測(cè)及質(zhì)量管控，分析速度更快，分析結(jié)果客觀準(zhǔn)確，代表性強(qiáng)，適應(yīng)性好。灰分、水分、硫含量、熱值測(cè)量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果對(duì)比誤差較小，可有效指導(dǎo)原煤搭配及均化。解決了水泥廠因煤炭來源復(fù)雜、煤質(zhì)有波動(dòng)引起的熟料質(zhì)量變化，確保了煤炭入廠質(zhì)量，節(jié)省了生產(chǎn)成本。