新型煤质快速检测技术在神华准能选煤厂的应用

孙永强，刘利波，宋 欢

(神华准格尔能源有限责任公司 选煤厂，内蒙古 鄂尔多斯 010300)

1 应用背景

神华准能选煤厂洗选入厂毛煤后，洗后产品按质进入产品仓存储，然后通过配煤装车，将多种不同的产品，掺配成热值稳定的准2、准5和准6等商品煤装车外运。选煤厂共有2套装车系统，其中装车一系统负责1 200万t跳汰系统洗后产品的配煤和装车；装车二系统负责800万t及1 000万t浅槽系统洗后产品的配煤和装车。

2 存在问题与原因分析

近年来，随着生产任务的加重及露天煤质的较大波动等因素影响，给装车配煤带来很大的难度，商品煤装车合格率一直处于较低水平，尤其是神华准能选煤厂装车一系统，合格率甚至还不足50%，造成这一不利结果的主要原因有以下几个方面：

(1)化验结果滞后，不能实时掌握配煤结果。跳汰系统设计能力是年洗选毛煤1 200万t，近年随着露天矿增产，系统洗选毛煤每年达到1 700万t，超出系统设计能力，由于产品存储能力较小，有时化验结果未报出，产品已经装到火车，出现盲装现象，装车结果无法掌握，并影响下一列车的配煤。

(2)煤质波动大，影响装车配比。受地质条件影响，露天矿采出毛煤质量波动较大，毛煤热值在3 100～4 300 cal/g范围波动，洗选的精煤质量相对较稳定，中煤和末煤热值波动大，情况最差时，每个班的点样在±500 cal/g范围内波动，很难保证进仓产品煤热值稳定，导致装车配比难掌控。

(3)采制化方法限制，难以适应煤质的波动。生产及装车采样方法依托胶带机中部自动采样器采样，收集的样品送至化验室进行常规化验，生产点样结果报出时间需1 h，装车化验结果需等装车结束后2 h，这种采制化方法结果报出时间要滞后生产1～2 h。

基于以上原因，使得商品煤装车质量波动较大，造成各商品煤配出热值高出目标热值较多，带来很大的热值浪费，影响准2优质煤配出比例，带来很大的经济损失，同时也影响公司商品煤的品牌。

为了解决此问题，公司引入在线灰分仪、离线灰分仪等仪器，但现场应用效果不佳，未能解决问题，而且这些灰分仪采用放射源，增大了管理的难度。为此寻找一种适应煤质特性的快速检测煤质装置[1]，稳定商品煤质量，减少热值损失就显得至关重要[2]。

通过了解，某公司开发了一种新型煤质快速检测产品，但因其设备属于开发研制阶段，还未正式在市场上进行推广应用，正在寻找试验场地，而选煤厂也有这种需求，所以通过与其合作，进行现场试用，以判断该技术是否能够满足选煤厂的实际需求。

3 试验过程

新型煤质检测设备从2014年12月份开始安装，在神华准能选煤厂的试用经历了三个阶段，做了大量实验，完善了煤质特性曲线[3]，进一步升级了设备性能，现场应用效果逐步的显现出来。

3.1 第一阶段末煤胶带中部采样机上的实验

2014年12月，首台新型煤质检测设备被安装到神华准能选煤厂，安装在末煤胶带(3701)中部采样机的给料胶带上，采样器采的煤样经破碎机破碎后，落入给料胶带，经过二次缩分后，剩余煤样通过煤质检测设备进行测量[4]。

3.1.1 静态测试

2015年1月7—8日，对检测设备进行了静态测试，测量时间10 min，将粒度为3 mm的样品(5个精煤、6个末煤、13个中煤)放入塑料盒中，放置在检测设备测量位置处，进行静态灰分测量。根据静态测量与动态测量的数据分析，此煤质检测设备基本具备测量灰分的能力。对于静态测量，从图1可以看出，在灰分17%～62%大范围内，灰分测量具有较好的线性。动态灰分测量基本追随化验数据的变化，但存在较大误差。

图1 中煤、末煤、精煤灰分静态测试的测量值—化验值线性拟合

3.1.2 动态测试

统计2015年1月6—10日末煤生产的测量数据，数据如图2所示。由于动态测量时样品移动速度较低，对于此检测设备来说，从原理上考虑，静态测量与动态测量其测量结果应该相差不大，因此，动态测量误差较大的原因是来自其他方面。

图2 生产中末煤的灰分测量值与化验值对比

3.1.3 动态灰分测量误差较大原因分析

(1)煤样实际测量时间短。尽管是按照1 h的数据比较，但设备实际能测量煤样的时间仅为几十秒到一百多秒，测量误差大。因为该处采样机采样频率为15 min一次，1 h采样次数仅为4次，由于主胶带输煤量不大，所以每次采样量也小，每次采样、破碎后落入小胶带上的煤样，形成符合设备测量条件的煤流，其经过检测设备的时间约10～20 s。

(2)化验煤样为采样机的小胶带上煤样的二次采样，由于采样次数少，其与采样机小胶带上剩余煤样存在差异。

(3)可能存在制样、化验误差。

3.1.4 解决办法

(1)降低采样机小胶带速度，提高单次采样的测量时间；本仪器具有判断胶带上是否有煤的功能，如果提供接口，可以控制小胶带停止或运行，以提高测量时间。

(2)增加小胶带长度，安装更好的煤流成形装置。

(3)提高采样机的采样频率，从原来的15 min降低为5 min或更低，不仅能够增加设备测量煤样时间，还能提高检测设备的数据输出频率，从15 min输出一次，变为5 min或更短时间输出一次，有利于指导生产。

3.1.5 第一阶段测试结果

由于生产任务紧，对采样机小胶带的改造会影响生产，所以没有进行改造，而是将检测设备重新安装到装车胶带的采样机上，这里的煤流量大，有利于测量，而且测量数据对指导配煤装车更有意义。

3.2 第二阶段装车站装车胶带采样机上的实验

2015年6月，将该煤质检测设备安装到1号装车站装车胶带的端部采样机上。具体安装在采样机破碎后，经二次采样所得到样品的输运小胶带上。在安装到新位置后，进行了一系列实验，包括软件功能完善、算法优化、设备运行参数优化等，进一步确保设备的工作状态良好。

3.2.1 静态测试

2015年7月，重新进行了静态煤样的对比测量，对比数据如图3所示。

设备在9月份标定准确后，10月份的测量统计数据如表1所示，除两组灰分仪与化验室热值差较大外其余均差距较小，测量效果很好。

图3 静态测试灰分数据线性拟合图

表1 2015年10月装车煤测量热值与化验热值对比数据表

2015年12月，设备测量数据与化验数据出现较大误差，主要原因是所测量处的煤样量变少，从10月份的每分钟实际测量煤样时间40 s以上，调整为只有23 s。

3.2.2 第二阶段测试实验结果

1号装车站装车胶带的端部采样机处的安装空间很小，比末煤采样机处的安装空间还小，无法制作完善煤样收拢成形装置。由于装车班样、点样需指导装车配煤，改造影响装车。并且是进口设备，对该采样机的改造难度较大，因此决定将测量装置安装到该采样机的弃样端。

3.3 第三阶段装车站装车胶带采样机弃样端实验

该端部采样机的采样频率较高，可达到50 s的采样周期，每次采样的弃样量约60 kg，弃样通过溜槽落入装车缓冲仓中。

3.3.1 新型煤质检测设备的安装

2016年5月开始改造，增设一条小胶带，弃样通过溜槽落入小胶带，小胶带转运煤样一段距离后，再落入缓冲仓中。在小胶带上设置煤流成形装置，并留出安装煤质检测设备的空间。小胶带驱动电机由变频器供电，调节变频器频率以改变小胶带运转速度，从而使煤流符合检测设备的测量要求。

检测设备采用了改进设计的新版煤质检测设备，设备的测量精度、稳定性以及可靠性得到提高[5]。设备于2016年6月运送到现场，并安装调试，7月份初步调试完毕，开始供装车配煤参考使用。

3.3.2 新型煤质检测设备检测结果与化验结果对比

测量数据如图4所示。根据654次装车数据对比，所测煤的灰分从17%～41%，发热量从3 350～5 400 kcal/kg，设备测量发热量与化验发热量差值的均方根误差为87 kcal/kg。

图4 装车煤的发热量设备测量值与化验值的线性关系

3.3.3 新型煤质检测设备应用前后合格率对比

2016年7月1日开始，两套系统都开展了精准装车工作，装车一系统使用新型煤质检测设备指导装车配煤[6]，二系统利用生产过程化验热值指导装车。统计2015年全年、2016年上半年以及2016年下半年三个时间段的装车合格率进行对比[7]，见表2。

表2 准能选煤厂各系统合格率对比

从表2中数据纵向对比，装车一系统不同时间段合格率，使用新型煤质检测设备后，合格率为82.25%，较使用前提高29%，各煤种热值浪费减少近100 kcal/kg左右，理论上可使准2比例提高约12%。

横向对比装车一二系统不同时间装车合格率，7月1日开展精准装车工作后，两套系统合格率均有很大程度的提高，装车一系统提高12%，装车二系统提高6.71%，一系统较二系统提高6%，基本可以推断出新型煤质检测设备指导装车取得了明显成效。

4 新型煤质检测设备的防护与管理

4.1 新型煤质检测设备的防护

新型煤质检测设备采用多能人工射线吸收法，使用的射线源为射线装置，发射的射线为X射线，与放射源不同，射线装置关闭电压后，不输出任何射线[8]。

放射源与射线装置虽然都能输出射线，但管理上存在差异，此检测设备发射X射线的能量，与双能量伽马射线灰分仪的射线能量比较，要低得多，因此屏蔽该射线很容易，3～4 mm的钢板即可完全屏蔽该射线，因此在设备的外部，检测不到射线装置发射的射线(仅能检测到环境本底)。

4.2 新型煤质检测设备的管理

根据国家标准《GB 18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定的豁免水平为：① 正常运行操作条件下，在距设备的任何可达表面10 cm处所引起的周围剂量当量率或定向剂量当量率不超过1μSv/h；② 所产生辐射的最大能量不大于5 keV。

此煤质检测设备表面10 cm处设备引起的剂量当量率基本为0，仅能测量到环境本底，通常环境本底小于0.1 μSv/h，因此该煤质检测设备属于满足豁免水平的设备。并且射线装置与放射源不同，不需要在环保部门监管下回收，也无需担心放射源丢失而产生的责任[9]。

5 总结及建议

经过近2 a的现场试用，此种新型煤质检测设备已经能稳定工作，在指导配煤装车方面有很好的指导意义。

5.1 取得的效果

从统计数据纵向对比得出装车一系统不同时间段合格率，使用新型煤质检测设备后，合格率82.25%，较未使用前提高29%，各煤种热值浪费减少近100 cal/g左右，理论上可使准2比例提高约12%。

横向对比装车一二系统不同时间装车合格率，7月1日采取精准装车工作后，两套系统合格率均有很大程度的提高，而装车一系统合格率提高12%，装车二系统合格率提高6.71%，一系统较二系统合格率多提高6%，得出新型煤质检测设备指导装车取得了明显成效。

5.2 建议

(1)利用新型煤质检测设备，监测选煤厂的生产过程中各环节、产品的灰分与发热量，不仅能够控制产品质量，提高洗选效率，还能极大减少化验人员的劳动强度，进一步提高产品质量管理水平。

(2)随着科技进步，选煤厂生产各环节的信息大都实现了自动采集提取，而煤质数据作为选煤厂指导生产、检验产品质量、核查生产效率的关键信息，其自动化采集若能得到有效解决，就有可能利用生产中所采集的大量数据信息，结合大数据技术，逐步实现选煤厂智能化生产[10]。

此种设备测量较准确，安装方便，不使用放射源，与已有的其他煤质快速检测装置比较，具有明显的优势，值得推广应用。