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

王蛟龍

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)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(jìn)行進(jìn)一步處理才能交付給客戶進(jìn)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(jìn)行檢驗(yàn)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(jìn)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(yàn)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(yàn)技術(shù)，及其在選煤廠中的實(shí)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(shí)踐意義。

1 選煤廠及其對煤質(zhì)檢驗(yàn)的需求分析

某選煤廠設(shè)計(jì)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(yùn)輸?shù)竭x煤廠后，經(jīng)過初步洗選，再進(jìn)一步輸送到運(yùn)銷車間進(jìn)行配煤，然后經(jīng)過煤質(zhì)檢驗(yàn)工序確定煤炭的質(zhì)量等級，再進(jìn)行單點(diǎn)裝車。但選煤廠的煤質(zhì)檢驗(yàn)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(jì)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(rèn)為原因主要包含以下兩點(diǎn)：第一，運(yùn)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(yàn)技術(shù)提出了相對較高的要求，傳統(tǒng)的檢測方法無法進(jìn)行精確檢測；第二，檢測速度較慢，結(jié)果嚴(yán)重滯后。傳統(tǒng)煤質(zhì)檢驗(yàn)方法中，需要在皮帶機(jī)中進(jìn)行煤炭取樣，并將樣品送到化驗(yàn)室中進(jìn)行檢驗(yàn)。從取樣到獲得最終檢驗(yàn)結(jié)果需要持續(xù)2 h左右。再加上選煤廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500萬t/a，但該選煤廠在實(shí)際操作過程中生產(chǎn)量達(dá)到了700萬t/a。實(shí)際生產(chǎn)量遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。上述兩個因素導(dǎo)致煤質(zhì)檢驗(yàn)速度無法跟上實(shí)際生產(chǎn)節(jié)奏。

煤質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)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(fèi)，也會導(dǎo)致選煤廠經(jīng)濟(jì)效益受損。基于此，選煤廠設(shè)計(jì)研制了煤質(zhì)快速檢驗(yàn)技術(shù)，不僅顯著提升了煤質(zhì)檢驗(yàn)精度，還極大地縮短了煤質(zhì)檢驗(yàn)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(jì)

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(jìn)行檢測，利用插式傳感器對煤炭中的灰分進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行顯示，可以通過RS232通道與上位機(jī)PC進(jìn)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(jìn)行檢測。考慮到激勵源經(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(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)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(shí)踐中表現(xiàn)出很多優(yōu)勢，比如噪音低、分辨率高等。可有效降低信號轉(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(shí)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(jìn)行初始化處理，確保系統(tǒng)各項(xiàng)功能都能夠正常運(yùn)行且設(shè)置都?xì)w零。然后基于水分傳感器對煤炭中的水分含量進(jìn)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(jìn)行檢測。最后對檢測信號進(jìn)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(jìn)行顯示和保存。整個過程不斷的循環(huán)操作，實(shí)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(jì)，不同模塊之間只進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳遞，功能上完全相互獨(dú)立，哪個模塊出現(xiàn)問題就只針對該模塊進(jìn)行檢修即可，因此方便后期的維護(hù)保養(yǎng)，節(jié)省維護(hù)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(shí)踐應(yīng)用研究

為了對煤質(zhì)快速檢測系統(tǒng)的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，將該系統(tǒng)應(yīng)用到選煤廠工程實(shí)踐中，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了實(shí)踐測試。提取了檢測系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為了對煤質(zhì)在線檢測系統(tǒng)的檢測精度進(jìn)行驗(yàn)證，檢測系統(tǒng)運(yùn)行過程中還利用常規(guī)的線下化驗(yàn)方法對煤炭中的灰分進(jìn)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(yàn)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(shí)踐中是可以接受的，可以認(rèn)為化驗(yàn)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(zhǔn)確的結(jié)果。造成誤差的原因主要是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為在線檢測系統(tǒng)，對樣品的檢測時間相對較短，實(shí)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(jìn)一步提高煤質(zhì)在線檢測系統(tǒng)的化驗(yàn)精度，可以適當(dāng)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(shí)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(shí)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(yàn)的效率和精度，提升了單點(diǎn)裝車的合格率。為選煤廠創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，得到了技術(shù)人員的一致認(rèn)可。

4 結(jié)語

選煤廠中對煤質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)是必不可少的環(huán)節(jié)，直接決定著選煤廠的經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(shí)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(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上利用插式傳感器對煤炭中灰分進(jìn)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(yàn)結(jié)果進(jìn)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(shí)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(jì)效益。