AT-MHO-216W型無源在線灰水儀在辛置選煤廠的應用

孫友彬，劉國棟

(1.霍州煤電集團公司 煤質加工部；2.霍州煤電集團公司 辛置選煤廠，山西 霍州 031400)

辛置選煤廠始建于1958年，設計入洗能力3.35 Mt/a，由一、二車間2個獨立的生產系統組成。一車間設計入洗能力0.75 Mt/a，采用50～0.5 mm脫泥有壓三產品重介旋流器、小于0.5 mm煤泥浮選、尾煤濃縮壓濾回收的聯合分選工藝；二車間設計入洗能力2.60 Mt/a，采用大于50 mm淺槽排矸、50～0 mm不脫泥無壓給料三產品重介質旋流器、小于0.5 mm煤泥浮選、尾煤濃縮壓濾回收的聯合分選工藝。選煤廠主要入洗辛置礦2號、10號原煤以及周邊干河礦2號、紫晟礦2號等原煤，主要產品有10級肥精煤、發熱量16.74 MJ/kg中煤等。

一直以來，辛置選煤廠在生產過程中控制精煤質量采用的是傳統的人工采樣+快灰檢測的方法，存在化驗周期長、化驗結果容易受人為因素影響且時效性差等問題，常造成精煤質量過剩或超差，與用戶之間產生質量糾紛；且由于采制化工序復雜、工作量大，選煤廠需配備多名采制化人員，人工成本較高。為實現生產過程中精煤灰分的快速檢測，及時指導生產，降低采制化工人勞動強度，辛置選煤廠在二車間精煤膠帶機上安裝了1臺AT-MHO-216W型無源在線灰水儀，取代人工采樣化驗，實現洗煤生產過程中精煤產品質量的在線檢測。

1 AT-MHO-216W型無源在線灰水儀工作原理

1.1 灰分檢測單元工作原理

輻射在自然界中普遍存在，煤炭也不例外，研究表明，煤炭中存在釷、鐳、鈾、鉀、銣等微量的天然放射性元素，且天然放射性強度大小與煤炭灰分含量呈正相關關系，即隨著煤炭灰分的升高，煤炭中天然放射性元素的含量及其所發出的γ射線強度也隨之升高。AT-MHO-216W型無源在線灰水儀通過對天然放射性元素發出的微弱γ射線進行探測與分析，實現煤炭灰分的在線檢測。

1.2 水分檢測單元工作原理

過去采用的水分測量技術，如紅外法、電導或電容法等，都受到多種干擾參數的影響，無法在工業現場推廣應用。目前，最成功的工業在線水分測定儀是利用微波透射技術。當微波信號穿透煤層時，引起自由水分子旋轉，這一效應降低了微波的強度和速度，即微波發生了衰減和相移，水分儀通過測量微波的衰減和相移來得出水分。目前，市場上絕大多數的微波水分儀只能工作在一種頻率下，而西安阿爾特測控技術有限公司研制的微波透射法水分儀，其工作頻率范圍很寬，可抑制由于多次反射而引起的諧振干擾現象。為避免煤層厚度和堆密度變化的影響，水分儀還加入了閃爍計數器和在屏蔽容器內的高靈敏度超聲波探測單元，可在負荷變化的輸煤膠帶上精確測量煤中水分。

2 AT-MHO-216W型無源在線灰水儀結構及功能特點

2.1 結構特點

AT-MHO-216W型無源在線灰水儀結構示意見圖1。

圖1 AT-MHO-216W型無源在線灰水儀結構示意

為了方便現場使用與管理，AT-MHO-216W型無源在線灰水儀采用了橫跨膠帶機的門架式設計。

(1)將灰分探測單元置于膠帶下方，這樣可以有效接收來自膠帶上的煤流中天然放射性元素所發出的微弱γ射線；

(2)將微波雷達天線分別置于膠帶上下兩側，2個天線之間的連線與膠帶垂直，這樣有利于使微波發射天線所發出的微波穿透膠帶上的煤流全斷面，從而測得煤中的全水分；

(3)整個灰分探測器的有效探測范圍內的膠帶全部用鉛板進行封閉，以便最大限度屏蔽來自宇宙和地球的電離輻射。未被有效屏蔽的電離輻射被稱之為“噪聲”，需要在后續的算法中予以剔除；

(4)整個無源在線灰水儀的結構寬度控制在每邊超出膠帶防護欄桿5 cm以內、高度控制在距離膠帶上沿50 cm以內，以便盡可能減小占用空間、減少對作業人員通行的阻礙。

2.2 功能特點

目前，國內煤炭灰分檢測方法主要有人工檢測和在線檢測2種，而灰分在線檢測方法可以分為放射性檢測(有源)和非放射性檢測(無源)2種。相比人工灰分檢測和有源在線檢測方法，AT-MHO-216W型無源在線灰分檢測具有以下特點：

(1)運行安全：不使用放射源，對人體沒有輻射安全隱患；不需要辦理與放射源有關的許可證件，運行及管理成本低；

(2)實時性強：可以實時、快速檢測煤炭的灰分，可測得最短10 s的有效灰分；

(3)檢測范圍寬：可以實現輸送機全斷面灰分信號、面密度采樣檢測，灰分數據更準確、更有代表性；

(4)設備運行可靠：使用軍用級特種核探測器作為射線接收裝置；設備本身沒有機械運動部件，故障率低，日常維護量小。

3 AT-MHO-216W型無源在線灰水儀主要技術參數

(1)被測煤流寬度：10～1 200 mm，被測煤流厚度：10～500 mm，被測煤流粒度：不大于60 mm；

(2)灰分測量范圍：0～65%；

(3)測量精度：灰分小于15%時，測量誤差不大于0.5%；灰分大于15%小于30%時，測量誤差不大于1.0%；灰分大于30%時，測量誤差不大于1.5%；

(4)供電電壓AC127或AC220，50 Hz；射線探測器及能譜分析處理儀總功率：50 W；使用溫度：-20～50 ℃。

4 使用情況及效果評價

辛置選煤廠選用無源在線灰水儀實時監測二車間605精煤膠帶機上精煤灰分，該膠帶帶寬1 200 mm，帶速2.5 m/s，膠帶精煤為重介精煤和浮選精煤的混合精煤，其中重介系統采用2臺1200/850型三產品重介旋流器，入洗量約為520 t/h，重介精煤水分6.00%～6.50%，灰分9.00%～9.50%；浮選系統采用2臺XJM-KS16型浮選機，浮選精煤由2臺600 m2快開壓濾機回收，2臺快開壓濾機1 h打板4～6板，浮選精煤水分22%左右，灰分10.50%～11.50%，占總精煤比例20%～30%。為確保實現實時在線檢測煤流的干基灰分，且測量不受物料粒度、推積密度、巖相組成、變質程度和厚度等的變化和影響，測量結果符合測量精度要求，調試人員根據辛置選煤廠的膠帶精煤為重介精煤和浮選精煤的混合精煤生產特點，經過多次現場測試，改進了灰分測量的算法程序，從而有效區分了重介精煤和浮選精煤各自的灰分、水分值。

設備于2020年10月安裝調試完畢并投入使用，現場安裝見圖2。為了考核該灰分儀的使用效果，辛置選煤廠對設備灰分測量值與采樣化驗值進行了比對，結果見表1。表1中化驗室數據是根據整點時間前1 h內按國標多次采樣混合后化驗檢測的數據，在線灰分儀數據是對應采樣時間段內的灰分數據的平均值。

表1 無源在線灰水儀檢測數據與人工化驗數據對比

圖2 辛置選煤廠AT-MHO-216W型無源在線灰水儀現場安裝示意

通過表1灰分數據對比可知，90.63%以上數據的對比誤差在±0.5%以內，化驗室所有數據的灰分算術平均值為9.84%，設備所有數據的灰分算術平均值為9.76%，兩者誤差為0.08%，因此，AT-MHO-216W型無源在線灰水儀精度較好，可以滿足生產需要。

5 經濟效益分析

經過近半年的生產運營，AT-MHO-216W型無源在線灰水儀在生產中表現出良好的精確度和穩定性。

5.1 提高了精煤產率

通過利用在線灰分儀實時監測精煤灰分波動情況，有效杜絕了產品質量過剩和不合格品的發生，在穩定產品質量的同時，提高了精煤產率。根據計算，改造后精煤產率提高了約0.2個百分點，按辛置選煤廠二車間全年入選原煤260萬t計算，每年可增加精煤產量0.52萬t，精煤按1 200元/t計算，每年可增加經濟效益624萬元。

5.2 降低了經營成本

在線灰水儀投用后，有效降低了辛置選煤廠二車間精煤灰分采制化人員的勞動強度，采制化人員主要以標定性檢測為主，大大減少了工人工作量，同時減少采制化設備的運行成本。

6 結 論

辛置選煤廠應用AT-MHO-216W型無源在線灰水儀后，可連續、快速測點精煤灰分，及時反映精煤灰分變化情況，有效保證了精煤產品質量的合格穩定，避免了與用戶的質量糾紛；降低了采制化工人勞動強度，減少了采制化設備的運行成本；同時具有安全無輻射、管理成本低等優點，給選煤廠帶來了顯著的經濟效益，具有良好的應用前景。