任學(xué)禹，丁建軍，裴晨春

(汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 柳灣煤礦選煤廠，山西 呂梁 032300)

灰分是煤礦和選煤廠生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵指標(biāo)。對灰分的精確檢測直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)通用的灰分在線檢測方法總體上可以分為放射性檢測(有源)和非放射性檢測(無源)。煤炭灰分的放射性檢測技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代后期，主要有中子法、X射線法、雙能γ射線法。國內(nèi)應(yīng)用較為普遍的是采用镅(Am241)作為低能放射源，銫(Cs137)作為高能放射源的雙能γ射線法。隨著網(wǎng)絡(luò)信息的快速普及，越來越多的設(shè)備操作人員意識到有源產(chǎn)品對于身體健康的潛在危害，因此有源檢測產(chǎn)品在一線工人中越來越不受歡迎，加之有源檢測方法存在原理上的固有缺陷，環(huán)保及公安部門對放射源的監(jiān)管檢查力度越來越大等因素，有源產(chǎn)品被無源產(chǎn)品代替已經(jīng)是未來的發(fā)展趨勢。

1 柳灣煤礦選煤廠概況

汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司柳灣煤礦選煤廠位于山西省孝義市西南約25 km，是一座礦井型選煤廠，設(shè)計能力3.80 Mt/a。選煤工藝為：有壓脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選+TBS粗煤泥分選+浮選的聯(lián)合性生產(chǎn)工藝。50～1 mm粒級末原煤采用有壓脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm粒級粗煤泥采用TBS分選機(jī)分選，0.25～0 mm粒級細(xì)煤泥采用浮選，細(xì)煤泥采用加壓過濾機(jī)或壓濾機(jī)脫水的工藝流程。主導(dǎo)產(chǎn)品為12級冶煉焦精煤，運(yùn)輸方式為陽泉曲鐵路發(fā)運(yùn)。單位連續(xù)多年被評為煤炭工業(yè)優(yōu)質(zhì)高效選煤廠。

2 存在的問題

柳灣煤礦選煤廠自投產(chǎn)以來一直采用人工測灰法，于精煤膠帶20 min采1個子樣，1 h后對所采的3個子樣進(jìn)行混合、縮分、取樣，再送化驗(yàn)室進(jìn)行制樣、快灰檢測，得到精煤化驗(yàn)灰分值，以此來控制精煤品質(zhì)。這一質(zhì)量控制方法符合行業(yè)慣例，能較好地實(shí)現(xiàn)精煤質(zhì)量控制目標(biāo)，但是也存在以下問題：

(1) 選煤廠入洗原煤為柳灣煤礦生產(chǎn)的11號主焦煤。由于原煤質(zhì)量波動較大，人工化驗(yàn)的滯后性直接導(dǎo)致選煤廠重介精煤灰分不穩(wěn)定，致使銷售精煤的穩(wěn)定性較差。

(2) 傳統(tǒng)方法測定灰分樣本質(zhì)量僅0.5 g或1 g，加上受采樣時間及化驗(yàn)人員專業(yè)性、責(zé)任心的影響，化驗(yàn)結(jié)果極易失真。

(3) 由于采制樣工作量大、周期長，選煤廠需配置多名采制樣人員輪班工作，人工成本高。

3 解決的方法

經(jīng)過周密考察與調(diào)研，柳灣煤礦選煤廠在一車間332精煤帶式輸送機(jī)上安裝了1臺由西安阿爾特測控技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的AT-MHO-216W無源在線灰分儀，用來檢測重介精煤灰分。在調(diào)試過程中由于原煤小時入洗量較低，重介精煤產(chǎn)量65～90 t/h，332精煤帶式輸送機(jī)上的煤流高度一直達(dá)不到廠家要求的最低50 mm，測試效果不佳。西安阿爾特測控技術(shù)有限公司不斷更改方案，通過優(yōu)化硬件設(shè)備、軟件等各種方法，取得重大技術(shù)突破，2019年5月初已經(jīng)實(shí)現(xiàn)煤流高度5 mm以上的可靠測試。經(jīng)過半個月的調(diào)試標(biāo)定后，試用效果良好，滿足了的技術(shù)要求。具體方法為：

(1)首先對精煤帶式輸送機(jī)上的精煤進(jìn)行標(biāo)定，而后使用在線灰分儀進(jìn)行實(shí)時檢測，與化驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)行對比。

(2)驗(yàn)收方柳灣煤礦選煤廠2019.3.15～2019.3.30，每天隨機(jī)安排5 h內(nèi)每整點(diǎn)從膠帶上取樣，經(jīng)過破碎縮分制樣進(jìn)行灰分化驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)和從在線灰分儀軟件上選擇每個整點(diǎn)前后各15 min的灰分?jǐn)?shù)據(jù)與對應(yīng)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 無源在線灰分儀數(shù)據(jù)與人工化驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

(1)在線灰分儀數(shù)據(jù)，采用的是距離整點(diǎn)最近的前后各15 min的平均灰分值。而化驗(yàn)室則是整點(diǎn)左右多次采樣混合后按國標(biāo)制樣的數(shù)據(jù)。這是線平均數(shù)據(jù)與點(diǎn)平均數(shù)據(jù)的對比。

(2)通過灰分?jǐn)?shù)據(jù)對比，灰分儀測試精度可以滿足生產(chǎn)需要。設(shè)備所測的灰分和化驗(yàn)室所測灰分的點(diǎn)對點(diǎn)對比差值在0.09%～1.66%之間，91%以上數(shù)據(jù)的點(diǎn)對點(diǎn)對比誤差在0.5%以內(nèi)?？己似趦?nèi)，化驗(yàn)室所有數(shù)據(jù)的灰分算數(shù)平均值為10.50%，設(shè)備所有數(shù)據(jù)的灰分算數(shù)平均值為10.39%，兩者平均誤差為0.11%。

4 無源在線灰分儀的作用及優(yōu)點(diǎn)

4.1 在生產(chǎn)管理過程中的作用

(1)穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)：通過實(shí)時、在線連續(xù)監(jiān)測洗精煤的灰分，使精煤灰分控制在允許誤差范圍之內(nèi)，最大限度為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

(2)降低經(jīng)營成本：通過科技創(chuàng)新，減少勞動力的投入，從而達(dá)到降低經(jīng)營成本之目的。

(3)提升管理水平：在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與化驗(yàn)室人工化驗(yàn)數(shù)據(jù)相互印證，及時發(fā)現(xiàn)管理漏洞。

(4)消除安全隱患：由于生產(chǎn)任務(wù)重，采樣人員經(jīng)常跟隨夜班作業(yè)，容易在生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)事故，采樣、磨樣、燃燒等過程存在安全隱患。采用無源在線灰分儀后，大大減少了人工采樣工作量，從而最大限度消除安全隱患。

4.2 主要優(yōu)點(diǎn)

(1)無放射源：沒有輻射安全隱患，不存在與放射源有關(guān)的任何管理成本，運(yùn)行成本低。

(2)實(shí)時性強(qiáng)：可測得最短10 s的有效灰分，遠(yuǎn)優(yōu)于有源灰分儀的實(shí)時性。

(3)適應(yīng)性強(qiáng)：原則上對灰分上限無限制，對煤流量(面密度)無限制，適用于普通膠帶機(jī)、鋼絲膠帶機(jī)上煤的灰分測量。此方面有源灰分儀無法做到。

(4)安裝簡單：模塊化設(shè)計，安裝簡便易行。

(5)標(biāo)定工作量少：現(xiàn)場標(biāo)定工作量只是雙能γ射線投射法灰分儀標(biāo)定工作量的5%。

(6)全范圍檢測：有源灰分儀是在膠帶輸送機(jī)中間部分幾公分寬的小范圍采樣檢測，AT-MHO-216W為輸送機(jī)全斷面灰分信號、不受堆密度的影響灰分?jǐn)?shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更有代表性。

(7)使用軍用級特種探測器，作為射線接受裝置。

(8)低維護(hù)量：沒有機(jī)械運(yùn)動部件，故障率低，日常維護(hù)量小，使用壽命長；

(9)可以實(shí)現(xiàn)4～20 ma電流輸出通訊和485通訊，可以接入DCS系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)等。

(10)測量精度：灰分不大于15%時，單次檢測絕對誤差不大于1.0%，平均檢測絕對誤差不大于0.5%；灰分在大于15%或小于30%時，單次檢測絕對誤差不大于1.5%，平均絕對誤差不大于1.0%；灰分超過30%時，單次檢測絕對誤差不大于2.0%，平均絕對誤差不大于1.5%。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)節(jié)約人工成本。改造后，柳灣煤礦選煤廠可取消目前的精煤快灰采樣工4名，每月可節(jié)約人工成本12 000元(按3 000元/(人·月)計算)，全年可節(jié)約人工成本14.4萬元。

(2)提升精煤產(chǎn)率，減少精煤質(zhì)量損失。改造后，選煤生產(chǎn)過程中精煤灰分合格率和穩(wěn)定性增強(qiáng)，綜合精煤灰分的穩(wěn)定率由原來的90%提高到95%。精煤產(chǎn)率提高了約0.5個百分點(diǎn)，按全年入選原煤2.60 Mt計算，每年可增加精煤產(chǎn)量1.3萬t，精煤單價按970元/t，增加經(jīng)濟(jì)效益1 260萬元。

6 結(jié) 語

柳灣煤礦選煤廠安裝了AT-MHO-216W型無源在線灰分儀運(yùn)行至今，效果良好，灰分測量精度完全滿足生產(chǎn)技術(shù)要求，日常完全免維護(hù)，且不使用放射源，安全可靠，極大降低了管理成本。生產(chǎn)實(shí)踐表明，AT-MHO-216W型無源在線灰分儀采用無放射源非接觸式在線檢測灰分的技術(shù)原理，設(shè)備本身不含有放射源或其他任何人工添加的放射性物質(zhì)；能夠適應(yīng)不同煤種、不同厚度的煤流在線灰分檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)不同配比下混合煤的監(jiān)測，并提供多種模型切換，測量精度不受物料密度和厚度以及水分變化的影響，不受粉塵、水氣的影響?？蓪?dǎo)出、存儲、打印、上傳報表，可查詢?nèi)我鈺r間的檢測數(shù)據(jù)，并顯示該時間段的灰分、水分、發(fā)熱量指標(biāo)趨勢曲線及平均值數(shù)據(jù)。歷史趨勢數(shù)據(jù)保存時間不低于1 a，可統(tǒng)計穩(wěn)定率、合格率。該設(shè)備在煤質(zhì)在線檢測領(lǐng)域有著極大的優(yōu)勢，應(yīng)用前景良好。