AT-MHO-216W无源在线灰分仪在柳湾煤矿选煤厂的应用

任学禹，丁建军，裴晨春

(汾西矿业(集团)有限责任公司 柳湾煤矿选煤厂，山西 吕梁 032300)

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。

1 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。

2 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。

3 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。

表1 无源在线灰分仪数据与人工化验数据对比

(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%。

4 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%。

5 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12 000元(按3 000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1 260万元。

6 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。