周海淵，郭世明，宋青鋒，趙 龍，李鳳毅

(1.華晉焦煤集團(tuán) 沙曲選煤廠，山西 呂梁 033300；2.丹東東方測(cè)控技術(shù)股份有限公司，遼寧 丹東 118000)

沙曲選煤廠作為山西焦煤集團(tuán)最大的煉焦煤分選基地，其重介分選系統(tǒng)存在的主要問題是入選原煤灰分波動(dòng)大，缺乏有效的實(shí)時(shí)灰分檢測(cè)手段，導(dǎo)致精煤灰分波動(dòng)大(9.00%～11.50%)，影響了選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益?？焖?、準(zhǔn)確、及時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)化采制系統(tǒng)是智能化分選的關(guān)鍵[1].目前,在重介選煤工藝點(diǎn)應(yīng)用較多的檢測(cè)技術(shù)是伽馬射線灰分檢測(cè)技術(shù)[2-3]和天然射線灰分檢測(cè)技術(shù)[4].伽馬射線灰分檢測(cè)技術(shù)是一種成熟的灰分在線檢測(cè)技術(shù)，但是這種技術(shù)受介質(zhì)殘留影響較大。根據(jù)楊喆的研究[5]，重介殘留達(dá)到0.04%，伽馬射線灰分儀將產(chǎn)生0.3%的絕對(duì)誤差，重介殘留達(dá)到0.09%，伽馬射線灰分儀將產(chǎn)生0.6%的絕對(duì)誤差，因此伽馬射線灰分檢測(cè)技術(shù)不適合應(yīng)用在重介選煤工藝點(diǎn)。天然射線灰分檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)煤中灰分的天然放射性強(qiáng)度，但是對(duì)于低灰分的精煤，其天然放射性強(qiáng)度較低，而放射性本身具有統(tǒng)計(jì)漲落特性[6],為了提升設(shè)備的檢測(cè)重現(xiàn)性，需要加大檢測(cè)的平滑時(shí)間，而重介入洗原煤灰分波動(dòng)周期較小，對(duì)灰分分析設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求較高，因此天然射線灰分檢測(cè)技術(shù)也不適合應(yīng)用在重介選煤工藝點(diǎn)。缺乏精準(zhǔn)的灰分在線檢測(cè)技術(shù)限制重介選煤智能化的進(jìn)程，為了解決這一行業(yè)難題，沙曲選煤廠首次引進(jìn)了基于瞬發(fā)伽馬中子活化分析技術(shù)(PGNAA)的多元素在線分析儀，結(jié)合溜槽自動(dòng)取樣器，實(shí)時(shí)檢測(cè)重介精煤的灰分指標(biāo)，指導(dǎo)重介洗選的密度調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)了分選過程智能化。

1 中子活化煤質(zhì)分析儀檢測(cè)原理

PGNAA技術(shù)是一種實(shí)時(shí)、在線、全斷面的無損檢測(cè)技術(shù)，目前已經(jīng)在水泥、煤炭等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[7-10].PGNAA技術(shù)采用252Cf自發(fā)裂變中子源作為檢測(cè)的激發(fā)源，實(shí)時(shí)發(fā)射出平均能量為2.35 MeV的快中子，快中子被測(cè)量裝置慢化為熱中子，熱中子照射物料與物料中各元素原子核發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，放射出不同能量及強(qiáng)度的特征γ射線，通過檢測(cè)特征γ射線的能量辨識(shí)物料中元素種類，通過檢測(cè)特定能量γ射線的強(qiáng)度得出元素含量[11].相比于激光誘導(dǎo)[12]、X熒光[13]、近紅外[14]等多成分分析技術(shù)，PGNAA技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1)反應(yīng)速度快，不受皮帶速度變化影響。2)采用中子作為激發(fā)源，中子呈電中性，不與原子核外電子發(fā)生作用，具有極強(qiáng)的穿透能力，可實(shí)現(xiàn)物料的全斷面檢測(cè)。3)生成的特征γ射線穿透能力較強(qiáng)，不受粉塵、蒸汽等惡劣環(huán)境的影響，適應(yīng)性更好。4)多元素同時(shí)檢測(cè)，不受灰成分變化影響，可同時(shí)檢測(cè)灰分、硫分、灰成分等指標(biāo)。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案

自動(dòng)取樣器安裝在沙曲選煤廠A系統(tǒng)重介精煤離心機(jī)下的溜槽處，取樣器每分鐘取樣一次，取到的煤樣經(jīng)過一次給料輸運(yùn)皮帶送至破碎機(jī)內(nèi)并被破碎到13 mm粒度以下，破碎后的煤樣經(jīng)斗提機(jī)送入分析儀料倉(cāng)內(nèi)，分析儀料倉(cāng)內(nèi)置料位計(jì)，分析儀根據(jù)料位高度自動(dòng)控制分析儀內(nèi)置的皮帶行走速度。物料經(jīng)過密度檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)煤樣的密度參數(shù)，經(jīng)過水分檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)煤樣水分指標(biāo)，最后進(jìn)入中子活化區(qū)域，進(jìn)行元素分析，分析后的煤樣落入704#精煤皮帶。取樣分析儀系統(tǒng)原理效果圖見圖1.

圖1 取樣分析儀系統(tǒng)原理效果圖

3 分析儀檢測(cè)精度驗(yàn)證

3.1 靜態(tài)驗(yàn)證

采用沙曲選煤廠的重介精煤和煤泥作為基準(zhǔn)樣品配制驗(yàn)證樣品，基礎(chǔ)樣品的化驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.根據(jù)表2配方配制出用于測(cè)試儀器性能的測(cè)試煤樣。

表1 基礎(chǔ)煤樣的煤質(zhì)信息表

表2 測(cè)試煤樣配制及煤質(zhì)結(jié)果信息表

將配制好的10個(gè)樣品分別放置到中子活化煤質(zhì)分析儀內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果見表3.統(tǒng)計(jì)儀器測(cè)量值和理論灰分值之間的標(biāo)準(zhǔn)差(σ)為0.14%.

表3 中子活化煤質(zhì)分析儀對(duì)測(cè)試樣品的測(cè)量結(jié)果表

3.2 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證分析儀動(dòng)態(tài)檢測(cè)狀態(tài)下的測(cè)量精準(zhǔn)度，該廠于2020年10月末對(duì)分析儀進(jìn)行了動(dòng)態(tài)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，采用雙因素法進(jìn)行，在分析儀皮帶尾部采集雙份參比樣品，樣品采集周期為60 min.對(duì)參比樣品分別進(jìn)行縮分,共縮分為4份，一份用于化驗(yàn)，一份由煤質(zhì)車間留存，一份交紀(jì)檢監(jiān)察科留存,一份交給設(shè)備生產(chǎn)方。動(dòng)態(tài)驗(yàn)證數(shù)據(jù)見表4，分析儀與化驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比趨勢(shì)曲線見圖2.中子活化煤質(zhì)分析儀檢測(cè)結(jié)果與化驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差(σ)為0.168%，實(shí)驗(yàn)的采樣、制樣、化驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差(σ)為0.136%，分析儀的標(biāo)準(zhǔn)差(σ)為0.1%.

表4 儀器與化驗(yàn)室結(jié)果對(duì)比表

圖2 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖

4 結(jié) 論

針對(duì)重介精煤灰分無法進(jìn)行快速、精準(zhǔn)檢測(cè)的行業(yè)難題，沙曲選煤廠首次將中子活化技術(shù)應(yīng)用到重介選煤工藝點(diǎn)，經(jīng)過靜態(tài)驗(yàn)證、動(dòng)態(tài)驗(yàn)證兩種驗(yàn)證方法，證明中子活化煤質(zhì)分析儀在重介精煤工藝點(diǎn)具有極高的檢測(cè)精度。