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天然γ射线测灰仪在 邯郸洗选厂原煤检测中的应用

摘要:论述了天然丫射线测灰仪的使用背景、工作原理及其结构、技术特点,通过比对人工采制化验与天然射线灰分仪的检测值,分析了该灰分仪在邯郸洗选厂的应用情况。现场应用表明:在定期检查、维护、比对、不考虑外因因素影响的前提条件下,使用效果良好,较好满足不同矿别灰分检测要求,可以提高检测效率,为生产过程控制、洗煤操作及时传递准确数据,对企业内部结算也有一定参考价值,有较可靠的推广价值。

邯郸洗选厂是我国自行设计的第一座选煤厂,1959年投产,位于邯郸市西南方向,隶属于邯郸市复兴区,属于中央型洗煤厂,年处理能力为3. 50 Mt0目前主要入洗峰峰集团梧桐庄矿、牛儿庄矿、羊东矿三个煤矿的原煤。梧桐庄矿位于峰峰东南部,属稳定煤层,煤种为肥煤,是优质稀缺煤种,年产约260t,是峰峰集团主力矿井之一;羊东矿位于峰峰东中部,煤层较多,原煤煤质极不稳定,煤种有贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤,年产约150t,是峰峰集团主力矿井之一;牛儿庄属于老矿井,煤层相对较为稳定,煤种为瘦煤,生产能力较低,邯选入洗比例相对较少,年入洗其矿原煤约50余万t。梧桐庄、羊东矿和牛儿庄三矿原煤质量均表现为不稳定,灰分较高,煤质特征指标波动较大。

煤中的灰分是不能燃烧的矿物,是评价煤炭质量的一项重要指标,也是煤炭贸易计价的主要指标,煤炭洗选加工的主要目的是降低灰分。煤灰分是称量一定量的空气干燥煤样,放入马弗炉中,以一定的速度加热到815 ± 10°,灰化皿灼烧到质量恒定,以残留物的质量占煤样质量百分数作为灰分产率。其测定方法即便是快速灰化法,经过现场车厢人工采样、制样、化验到报出结果,至少需要3h (化验60分钟,采样时间和卸车时间密切相关),效率低,且存在装车不匀,车顶采样代表性差、人为误差等因素影响,无法准确及时实时检测煤炭质量,对煤炭洗选加工不能及时起到洗煤监测作用,为实现高效生产,满足对煤炭快速测灰、在线检测的需求,在集团公司的大力支持下,于20194月份,邯郸洗选厂安装了新型NGAM - 2008伽马天然射线在线测灰仪

 

1 NGAM -2008天然在线测灰仪的工作原理

 

1. 1测灰原理

放射性核素在自然界中普遍存在,煤炭也不例外,且煤炭中有一定量的天然放射性元素(主要钾40、铀系和铉系),煤炭中的矿物质(灰分)相比于有机质(挥发分)含有更多的天然放射性元素[2'41o这些天然放射性元素可以看做是一些小的放射源,同一煤种,煤的单位重量天然放射性强弱与煤灰分呈正相关的关系。其灰分含量与自身发出的Y离子数量呈正相关性,灰分含量越大,其发射出的丫粒子越多⑸。因此,通过高灵敏度的丫射线探测器探测皮带上煤流发出的Y射线离子,并结合负荷称重装置给出煤流瞬时负荷信号,通过一系列反推运算,从而计算出煤流中灰分的含量,达到在线检测灰分的目的。

1. 2结构

天然射线灰分测量系统由高性能y射线探测器、环境射线屏蔽体、能谱分析仪表,高精度在线负荷秤重装置等测量探测装置;主机、打印机等显示处理设备组成⑷。测量探测装置如图1—3所示。

 

1.3 功能与技术特点

1.3. 1功能

(1) 实时灰分测量。可给出1 min, 10 min, 小时及累计灰分。

(2) 累积量计量。实现精确在线测量煤流累积量。

(3) 报表功能。给出1 min, 10 min,小时灰分统计报表,可供区间査询;给出班产量、日产量报表统计、可供区间查询。

(4) 具有网络功能,可接入局域网,实现网络数据共享。

(5) 可预置8种煤质特征谱线参数。

1.3.2特点

(1) 无放射源。没有辐射安全隐患,更安全,简化了现场管理,不存在与放射源有关的任何管理,运行成本低。

(2) 实时性强。可测得最短10秒的有效灰分,远优于其它灰分仪的实时性。

(3) 实用性强。对灰分上限无限制,对煤流量(面密度)无限制,适用于普通皮带机、钢丝芯皮带机上煤灰分的测量。

(4) 安装简单。模块化设计,安装简单易

(5) 全范围检测。煤流全断面灰分信号、面密度采样检测,灰分数据更准确、更有代表性。

 

应用效果

 

20194月下旬至5月,邯郸洗选厂分别对入洗原煤的来源矿别:梧桐庄、羊东矿、牛儿庄三个矿的灰分分别进行多批次、大批量、高频率的人工采制、化验,积累大量数据,建立该厂入洗不同矿别的人工化验数据库,在大数据的基础上,适宜调整数学模型的标定系数,最终确定了三个入洗矿灰分的初步系数,进入测灰试运行期。20196月邯郸洗选厂质量检验车间分别对进厂三个矿的原料煤,进行每天与比对人工化验灰分检测结果,以检查其实际使用效果。

2. 1试验数据分析

邯郸洗选厂梧桐庄、羊东矿、牛儿庄数据分析见表1

2.2 应用分析

从表1测灰仪与人工采制化对比结果可以看出,测灰仪检测值与人工采样化验值单批次差值较大,且无明显规律可循,但对于洗选入洗原料煤来说影响不大,单有个别单批数据偏离较大,根据升高或降低趋势即可合理调整配煤,粗略掌控煤劣优变化;

从表2可以看出,上旬多批次的加权灰分差值较小,加权灰分均在误差范围之内。可以作为每旬厂矿结算数据的灰分参考依据。为保证测灰仪检测值更加接近真实值,经实践经验表明,初定每十天及时对测灰仪进行不同矿别校准、核对后,差值通常在1.5%以内,经过多次数据加权验证,平均偏差均在误差范围之内。

 

关键技术及创新点

 

天然射线无源测灰仪不使用放射源,安全环保;该测灰仪建立了有效的数学模型;可停皮带、安全、可靠的实现静态标定。

 

效益评价

 

(1) 经济效益。

安装无源测灰仪后,减轻了工人的劳动强度。使用初期,路运原煤班组由原來的8人减为6人,每人每月平均工资按5000元计算,每人每年节约开支6万,两人共节省工资支出12万元。

(2) 社会效益。

天然无源测灰仪属绿色、安全、环保、无辐射产品。且可以及时、快速指导洗煤生产,调节洗煤生产参数,提高精煤回收率,有较好的推广价值。

 

运行中存在的问题及需要改进的方面

 

(1) 不同煤种切换问题。该厂进厂原煤共有三个矿别,经常会遇到不同时段、不同班别、不同矿别原煤灌仓情况,操作人员一旦忘记换煤种,将会导致测灰仪检测灰分差异大,因此,建议添加换煤提醒信号,避免忘记换煤种造成的数据错误损失。

(2) 断电造成数据丢失问题。测灰仪意外断电,数据将会丢失,给指导生产及企业厂矿之间的结算,造成一定困难。建议添加有记忆功能的元器件。

(3) 矿井煤层配比变化的影响。在使用中,多个工作面同时生产的矿井,原煤混合进厂用改测灰仪检测,与人工采样化验误差大,需要矿方固定不同煤层的掺配比例。由于不同远近的工作面原煤放射性元素量差距较大所致,因此,一定要关注矿井配比。如矿方在更换较远工作面或工作面采配比例发生改变时,一定及时对原煤人工材质化验并重新标定测灰仪。

(4) 由多个路由器连接造成无数据显示的问

题。该厂最初光纤与上位机和显示器相距较远,期间中间由3个路由器连接,经常会出现无数据显示现象。而后把上位机和显示器由操作室搬移到光纤接入点后,有效避免了掉线现象发生,同时也保证数据检测的准确性、及时向、完整性。

(5) 检测值波动幅度变大。当在线测灰仪探

测器外壳上有煤粉等污染物厚度达到1 mm或更厚时,将影响检测性能,故需要根据环境的条件,定期清理污物、煤尘。初定每周清理一次,条件好的场所每月清理一次也可,但必须定期检查,做好灰分仪的管理维护,做好校验皮带秤的清零工作,安装初期需要每天要检查一次零点。

(6) 混合煤对测量精度的影响。进厂原煤一旦混仓卸煤,造成测量值不准,必须每次一定把受煤坑的存煤带干净后,再卸另一矿别原煤,避免不同矿别之间的相互污染。

(7) 皮带秤不准对灰分检测值的影响。需要定期检查皮带秤的称架螺丝是否松动,称重托辐是否粘有脏污或不与皮带接触的现象。定期对托辐润滑,检查皮带是否跑偏。需要经常性、定期比对抽查,发现数据偏离误差较大,及时调整相关参数。

(8) 原煤粒度变化对检测值的影响。遇到原煤粒度变化较大时,测灰仪的检测值与真实值差异较大。

(9) 原煤皮带带煤不均衡对检测值的影响。

当带煤量忽大忽小,出现断煤流或皮带上煤层厚度不均匀时,影响测灰精度,检测值与真实值偏差较大。因此要求皮带给煤机调节好进煤量,尽量避免该因素干扰。

(10) 切换煤种后,没有运行记录对检测值得影响。操作人员已经切换煤种,但是没有运行记录,导致灰分值为混合煤种灰分检测值,造成灰分检测值错误。

 

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