ZZ-89A型在线测灰仪在后所煤矿选煤厂的应用

刘光昭

(后所煤矿选煤厂,云南省曲靖市,655500)

1 概述

后所煤矿选煤厂是原设计生产能力为45万t/a的矿井型炼焦煤选煤厂,于1981年投产,采用跳汰-浮选联合工艺,经多次改造,现为一座年入洗能力90万t的全原煤重介选煤厂,采用两段三产品重介旋流器组合,单一密度循环悬浮液实现主、再选介质密度自动控制,分选三产品的重介选煤新工艺,其特点为原煤不分级入选和煤泥浮选。生产实践表明,该工艺先进、分选精度高、脱硫降灰效果明显,生产技术指标达同行业先进水平。但指导生产的质量检测手段仍一直采用灼烧法,需通过人工采样、制样、化验。结果数据时间滞后,与先进的生产工艺极不适应,不能及时指导现场生产,影响了重介选煤优势的充分发挥。

为了解决这一突出矛盾,后所煤矿选煤厂在考察国内其他选煤厂采用在线测灰仪指导生产的基础上,选用了清华大学工程物理系生产的ZZ-89A型在线测灰仪用于测定洗精煤,指导选煤生产。该在线测灰仪于2002年4月底安装投入使用,至今运行平稳,效果明显。

2 ZZ-89A在线测灰仪基本原理

‘窄束’γ射线透射物质时的衰减取决于被透射物质的质量厚度X·ρ(g/cm2)和质量衰减系数μm(cm2/g)两个因素,且按指数规律衰减。

其中I0和I分别表示没有和有吸收物质情况下与通量密度(l/s·cm2)成正比的γ计数率。X是物质的厚度,ρ是物质的堆密度。

煤的组成极其复杂,但是可以认为是由碳为代表的低原子序数的元素(C、H、O、N)和以硅为代表的高原子序数的元素(Si、Al、Mg、Fe等)组成的二元混合物。如果高原子序数的元素(高Z元素)的重量百分含量是Cz,则低Z元素为(1-Cz)。设某种低能γ对煤当中高Z元素和低Z元素的质量衰减系数分别为μz和μc,则煤对这种低能γ衰减系数μL为:

ZZ-89A型γ射线测灰仪中,采用241Am(60 keV)作为低能γ源,137Cs(662 keV)作为中能γ源,令这两种能量的γ射线束透射同一煤层,则被测煤样灰分值Ad可由(1)式和(2)式推算得出:

式中:μm——煤对137Csγ射线的质量衰减系数,γ射线的质量衰减系数μL、μm、μz、μc对一定的煤,它们均为常数;I0,I——分别表示没有和有煤情况下241Am低能γ的计数率;

J0,J——分别表示没有和有煤情况下137Cs中能γ的计数率。

其中,A、B是与煤炭组成有关的常数。因而只要连续地在线测定I和J就能实现灰分的在线测量。上式中

K是灰分测量时实际需要测定的量。事实上,K的真值应该是煤对241Am和137Cs两种γ的质量衰减系数之比(μL/μm),所以这种煤灰分测定方法也称为煤灰分的质量衰减系数测定法。

在根据上述基本原理做成的ZZ-89A型γ射线煤灰分测量装置里,241Am(60 keV)低能γ源和137Cs(662 keV)中能γ源被安置在同一个屏蔽准直铅罐中,两种不同能量的射线从射线输出器防护铅罐的准直孔射出,传送带运行时,γ束扫视传送带上被测的煤,没有被煤吸收的241Am和137Cs的γ由NaI(Tl)闪烁探测器记录,用一个单片机稳峰器稳定137Cs全能峰的位置,并选取Am道下阀至上阀之间和Cs道下阀至上阀之间全能峰内的脉冲,脉冲经转换后进入计算机接口电路,计算机根据接口电路记录到的Am道和Cs道的计数及时地计算出灰分值。

3 测灰仪使用前的情况

在采用ZZ-89A在线测灰仪前,生产中采用灼烧法检测精煤灰分,通过人工采样、制样、化验指导选煤生产。由于工序繁多,耗时较长,一般每次快灰滞后1.5 h左右,因此生产中的密度司机得到的灰分值实际上已经是一个多小时以前的结果。由于后所煤矿入洗原煤煤质变化大,可选性极差,要控制精煤灰分稳定是相当困难的。每个班次的选煤生产过程中,开始的1.5 h内是靠工人的经验指导操作,主观性较大,是产品质量最容易出现问题的时候,生产管理和工人的操作要么高要么低,前两个快灰基本不合格,难以最大限度地提高精煤产率。

4 测灰仪使用后的效果

2002年4月底后所煤矿选煤厂把在线测灰仪安装在洗精煤带式输送机上,当煤流经过时,测灰仪在线测量出煤的灰分,每一分钟改变一次显示灰分值,由于及时的精煤信息反馈,对选煤生产中快灰的稳定控制非常有利。

4.1 精度误差及比对

通过对测灰仪进行动态标定,即测灰仪对被测煤的测量结果与由灼烧法所得的灰分值进行对比,得到结果数据如表1所示。

根据以上计算结果,修改煤种参数(A值一般不动),调整截距B值。由表1可以看出,ZZ-89A型在线测灰仪均方差远小于其允许误差,监测质量较高。

表1 在线式测灰仪比对试验数据表

因灰分仪的测量结果与被测煤的元素组成有关,所以在使用过程中必须作经常性的比对,通过经常性的比对,能使灰分仪的偏差δ很小,以提高测灰仪测量结果的准确度。具体作法如下:经常将测灰仪测量的结果与化验值进行比较(化验值的采样时间与测灰仪的测量时间一定要一一对应),采用哪些化验灰分值,可根据具体情况而定。如:可用小时慢灰、周综合煤样的灰分及月综合煤样的灰分等,但这些灰分值要有足够多的数据,而且要准确。后所煤矿选煤厂采用的多为月综合煤样灰分。

4.2 质量稳定性

测灰仪在后所煤矿选煤厂的使用,解决了后所煤矿入选原煤煤质波动大,生产过程中洗精煤质量难以稳定的问题,有效克服了每班选煤生产初期,职工操作凭经验而无数据指导的矛盾,产品质量更加稳定。表2为2001年与2007年精煤快灰合格率对比。

从表2数据可以看出测灰仪投入使用后,精煤快灰合格率由2001年的39.7%上升到2007年的67.6%,产品质量十分稳定,最大限度地提高了精煤产率,实现了向精煤灰分要效益、要产率的目标。

表2 2001年与2007年洗精煤产品快灰合格率对比表%

5 结论

实践证明后所煤矿选煤厂采用ZZ-89A型在线测灰仪后,监测精煤产品系统运行平稳,从投入使用运行至今,整整7年,只更换过一次工控机控制接口板,维护工作量小。所以,认为该在线测灰仪能在选煤生产现场很好地指导生产,起到了操作司机的“眼睛”重要作用。同时采用该在线测灰仪后,洗精煤质量稳定率高,有利于提高精煤产率,是选煤厂稳质提效的重要途径。