灰分是煤矿和选煤厂生产工艺的关键指标。对灰分的精确检测直接关系到企业的经济效益。目前国内通用的灰分在线检测方法总体上可以分为放射性检测(有源)和非放射性检测(无源)。煤炭灰分的放射性检测技术起源于20世纪80年代后期,主要有中子法、X射线法、双能γ射线法。国内应用较为普遍的是采用镅(Am241)作为低能放射源,铯(Cs137)作为高能放射源的双能γ射线法。随着网络信息的快速普及,越来越多的设备操作人员意识到有源产品对于身体健康的潜在危害,因此有源检测产品在一线工人中越来越不受欢迎,加之有源检测方法存在原理上的固有缺陷,环保及公安部门对放射源的监管检查力度越来越大等因素,有源产品被无源产品代替已经是未来的发展趋势。
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柳湾煤矿选煤厂概况

汾西矿业(集团)有限责任公司柳湾煤矿选煤厂位于山西省孝义市西南约25 km,是一座矿井型选煤厂,设计能力3.80 Mt/a。选煤工艺为:有压脱泥三产品重介旋流器分选+TBS粗煤泥分选+浮选的联合性生产工艺。50~1 mm粒级末原煤采用有压脱泥三产品重介旋流器分选,1~0.25 mm粒级粗煤泥采用TBS分选机分选,0.25~0 mm粒级细煤泥采用浮选,细煤泥采用加压过滤机或压滤机脱水的工艺流程。主导产品为12级冶炼焦精煤,运输方式为阳泉曲铁路发运。单位连续多年被评为煤炭工业优质高效选煤厂。
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存在的问题

柳湾煤矿选煤厂自投产以来一直采用人工测灰法,于精煤胶带20 min采1个子样,1 h后对所采的3个子样进行混合、缩分、取样,再送化验室进行制样、快灰检测,得到精煤化验灰分值,以此来控制精煤品质。这一质量控制方法符合行业惯例,能较好地实现精煤质量控制目标,但是也存在以下问题:
(1)选煤厂入洗原煤为柳湾煤矿生产的11号主焦煤。由于原煤质量波动较大,人工化验的滞后性直接导致选煤厂重介精煤灰分不稳定,致使销售精煤的稳定性较差。
(2)传统方法测定灰分样本质量仅0.5 g或1 g,加上受采样时间及化验人员专业性、责任心的影响,化验结果极易失真。
(3)由于采制样工作量大、周期长,选煤厂需配置多名采制样人员轮班工作,人工成本高。
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解决的方法

经过周密考察与调研,柳湾煤矿选煤厂在一车间332精煤带式输送机上安装了1台由西安阿尔特测控技术有限公司研制生产的AT-MHO-216W无源在线灰分仪,用来检测重介精煤灰分。在调试过程中由于原煤小时入洗量较低,重介精煤产量65~90 t/h,332精煤带式输送机上的煤流高度一直达不到厂家要求的最低50 mm,测试效果不佳。西安阿尔特测控技术有限公司不断更改方案,通过优化硬件设备、软件等各种方法,取得重大技术突破,2019年5月初已经实现煤流高度5 mm以上的可靠测试。经过半个月的调试标定后,试用效果良好,满足了的技术要求。具体方法为:
(1)首先对精煤带式输送机上的精煤进行标定,而后使用在线灰分仪进行实时检测,与化验室结果进行对比。
(2)验收方柳湾煤矿选煤厂2019.3.15~2019.3.30,每天随机安排5 h内每整点从胶带上取样,经过破碎缩分制样进行灰分化验,获得的数据和从在线灰分仪软件上选择每个整点前后各15 min的灰分数据与对应的化验数据进行比对,测试数据如表1所示。

文章精选丨AT-MHO-216W 无源在线灰分仪在柳湾煤矿选煤厂的应用 (1)在线灰分仪数据,采用的是距离整点最近的前后各15 min的平均灰分值。而化验室则是整点左右多次采样混合后按国标制样的数据。这是线平均数据与点平均数据的对比。

(2)通过灰分数据对比,灰分仪测试精度可以满足生产需要。设备所测的灰分和化验室所测灰分的点对点对比差值在0.09%~1.66%之间,91%以上数据的点对点对比误差在0.5%以内。考核期内,化验室所有数据的灰分算数平均值为10.50%,设备所有数据的灰分算数平均值为10.39%,两者平均误差为0.11%。

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无源在线灰分仪的作用及优点

4.1在生产管理过程中的作用

(1)稳定产品品质:通过实时、在线连续监测洗精煤的灰分,使精煤灰分控制在允许误差范围之内,最大限度为企业创造经济效益。

(2)降低经营成本:通过科技创新,减少劳动力的投入,从而达到降低经营成本之目的。

(3)提升管理水平:在线监测数据与化验室人工化验数据相互印证,及时发现管理漏洞。

(4)消除安全隐患:由于生产任务重,采样人员经常跟随夜班作业,容易在生产现场出现事故,采样、磨样、燃烧等过程存在安全隐患。采用无源在线灰分仪后,大大减少了人工采样工作量,从而最大限度消除安全隐患。

4.2主要优点

(1)无放射源:没有辐射安全隐患,不存在与放射源有关的任何管理成本,运行成本低。

(2)实时性强:可测得最短10 s的有效灰分,远优于有源灰分仪的实时性。

(3)适应性强:原则上对灰分上限无限制,对煤流量(面密度)无限制,适用于普通胶带机、钢丝胶带机上煤的灰分测量。此方面有源灰分仪无法做到。

(4)安装简单:模块化设计,安装简便易行。

(5)标定工作量少:现场标定工作量只是双能γ射线投射法灰分仪标定工作量的5%。

(6)全范围检测:有源灰分仪是在胶带输送机中间部分几公分宽的小范围采样检测,AT-MHO-216W为输送机全断面灰分信号、不受堆密度的影响灰分数据更准确、更有代表性。

(7)使用军用级特种探测器,作为射线接受装置。

(8)低维护量:没有机械运动部件,故障率低,日常维护量小,使用寿命长;

(9)可以实现4~20 ma电流输出通讯和485通讯,可以接入DCS系统,PLC系统等。

(10)测量精度:灰分不大于15%时,单次检测绝对误差不大于1.0%,平均检测绝对误差不大于0.5%;灰分在大于15%或小于30%时,单次检测绝对误差不大于1.5%,平均绝对误差不大于1.0%;灰分超过30%时,单次检测绝对误差不大于2.0%,平均绝对误差不大于1.5%。

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经济效益分析

(1)节约人工成本。改造后,柳湾煤矿选煤厂可取消目前的精煤快灰采样工4名,每月可节约人工成本12000元(按3000元/(人·月)计算),全年可节约人工成本14.4万元。

(2)提升精煤产率,减少精煤质量损失。改造后,选煤生产过程中精煤灰分合格率和稳定性增强,综合精煤灰分的稳定率由原来的90%提高到95%。精煤产率提高了约0.5个百分点,按全年入选原煤2.60 Mt计算,每年可增加精煤产量1.3万t,精煤单价按970元/t,增加经济效益1260万元。

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结  语

柳湾煤矿选煤厂安装了AT-MHO-216W型无源在线灰分仪运行至今,效果良好,灰分测量精度完全满足生产技术要求,日常完全免维护,且不使用放射源,安全可靠,极大降低了管理成本。生产实践表明,AT-MHO-216W型无源在线灰分仪采用无放射源非接触式在线检测灰分的技术原理,设备本身不含有放射源或其他任何人工添加的放射性物质;能够适应不同煤种、不同厚度的煤流在线灰分检测,能够实现不同配比下混合煤的监测,并提供多种模型切换,测量精度不受物料密度和厚度以及水分变化的影响,不受粉尘、水气的影响。可导出、存储、打印、上传报表,可查询任意时间的检测数据,并显示该时间段的灰分、水分、发热量指标趋势曲线及平均值数据。历史趋势数据保存时间不低于1 a,可统计稳定率、合格率。该设备在煤质在线检测领域有着极大的优势,应用前景良好。

本文由
计量校准公司推出。

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