AT-MHO-216W型无源在线灰水仪在辛置选煤厂的应用

孙友彬，刘国栋

(1.霍州煤电集团公司 煤质加工部；2.霍州煤电集团公司 辛置选煤厂，山西 霍州 031400)

辛置选煤厂始建于1958年，设计入洗能力3.35 Mt/a，由一、二车间2个独立的生产系统组成。一车间设计入洗能力0.75 Mt/a，采用50～0.5 mm脱泥有压三产品重介旋流器、小于0.5 mm煤泥浮选、尾煤浓缩压滤回收的联合分选工艺；二车间设计入洗能力2.60 Mt/a，采用大于50 mm浅槽排矸、50～0 mm不脱泥无压给料三产品重介质旋流器、小于0.5 mm煤泥浮选、尾煤浓缩压滤回收的联合分选工艺。选煤厂主要入洗辛置矿2号、10号原煤以及周边干河矿2号、紫晟矿2号等原煤，主要产品有10级肥精煤、发热量16.74 MJ/kg中煤等。

一直以来，辛置选煤厂在生产过程中控制精煤质量采用的是传统的人工采样+快灰检测的方法，存在化验周期长、化验结果容易受人为因素影响且时效性差等问题，常造成精煤质量过剩或超差，与用户之间产生质量纠纷；且由于采制化工序复杂、工作量大，选煤厂需配备多名采制化人员，人工成本较高。为实现生产过程中精煤灰分的快速检测，及时指导生产，降低采制化工人劳动强度，辛置选煤厂在二车间精煤胶带机上安装了1台AT-MHO-216W型无源在线灰水仪，取代人工采样化验，实现洗煤生产过程中精煤产品质量的在线检测。

1 AT-MHO-216W型无源在线灰水仪工作原理

1.1 灰分检测单元工作原理

辐射在自然界中普遍存在，煤炭也不例外，研究表明，煤炭中存在钍、镭、铀、钾、铷等微量的天然放射性元素，且天然放射性强度大小与煤炭灰分含量呈正相关关系，即随着煤炭灰分的升高，煤炭中天然放射性元素的含量及其所发出的γ射线强度也随之升高。AT-MHO-216W型无源在线灰水仪通过对天然放射性元素发出的微弱γ射线进行探测与分析，实现煤炭灰分的在线检测。

1.2 水分检测单元工作原理

过去采用的水分测量技术，如红外法、电导或电容法等，都受到多种干扰参数的影响，无法在工业现场推广应用。目前，最成功的工业在线水分测定仪是利用微波透射技术。当微波信号穿透煤层时，引起自由水分子旋转，这一效应降低了微波的强度和速度，即微波发生了衰减和相移，水分仪通过测量微波的衰减和相移来得出水分。目前，市场上绝大多数的微波水分仪只能工作在一种频率下，而西安阿尔特测控技术有限公司研制的微波透射法水分仪，其工作频率范围很宽，可抑制由于多次反射而引起的谐振干扰现象。为避免煤层厚度和堆密度变化的影响，水分仪还加入了闪烁计数器和在屏蔽容器内的高灵敏度超声波探测单元，可在负荷变化的输煤胶带上精确测量煤中水分。

2 AT-MHO-216W型无源在线灰水仪结构及功能特点

2.1 结构特点

AT-MHO-216W型无源在线灰水仪结构示意见图1。

图1 AT-MHO-216W型无源在线灰水仪结构示意

为了方便现场使用与管理，AT-MHO-216W型无源在线灰水仪采用了横跨胶带机的门架式设计。

(1)将灰分探测单元置于胶带下方，这样可以有效接收来自胶带上的煤流中天然放射性元素所发出的微弱γ射线；

(2)将微波雷达天线分别置于胶带上下两侧，2个天线之间的连线与胶带垂直，这样有利于使微波发射天线所发出的微波穿透胶带上的煤流全断面，从而测得煤中的全水分；

(3)整个灰分探测器的有效探测范围内的胶带全部用铅板进行封闭，以便最大限度屏蔽来自宇宙和地球的电离辐射。未被有效屏蔽的电离辐射被称之为“噪声”，需要在后续的算法中予以剔除；

(4)整个无源在线灰水仪的结构宽度控制在每边超出胶带防护栏杆5 cm以内、高度控制在距离胶带上沿50 cm以内，以便尽可能减小占用空间、减少对作业人员通行的阻碍。

2.2 功能特点

目前，国内煤炭灰分检测方法主要有人工检测和在线检测2种，而灰分在线检测方法可以分为放射性检测(有源)和非放射性检测(无源)2种。相比人工灰分检测和有源在线检测方法，AT-MHO-216W型无源在线灰分检测具有以下特点：

(1)运行安全：不使用放射源，对人体没有辐射安全隐患；不需要办理与放射源有关的许可证件，运行及管理成本低；

(2)实时性强：可以实时、快速检测煤炭的灰分，可测得最短10 s的有效灰分；

(3)检测范围宽：可以实现输送机全断面灰分信号、面密度采样检测，灰分数据更准确、更有代表性；

(4)设备运行可靠：使用军用级特种核探测器作为射线接收装置；设备本身没有机械运动部件，故障率低，日常维护量小。

3 AT-MHO-216W型无源在线灰水仪主要技术参数

(1)被测煤流宽度：10～1 200 mm，被测煤流厚度：10～500 mm，被测煤流粒度：不大于60 mm；

(2)灰分测量范围：0～65%；

(3)测量精度：灰分小于15%时，测量误差不大于0.5%；灰分大于15%小于30%时，测量误差不大于1.0%；灰分大于30%时，测量误差不大于1.5%；

(4)供电电压AC127或AC220，50 Hz；射线探测器及能谱分析处理仪总功率：50 W；使用温度：-20～50 ℃。

4 使用情况及效果评价

辛置选煤厂选用无源在线灰水仪实时监测二车间605精煤胶带机上精煤灰分，该胶带带宽1 200 mm，带速2.5 m/s，胶带精煤为重介精煤和浮选精煤的混合精煤，其中重介系统采用2台1200/850型三产品重介旋流器，入洗量约为520 t/h，重介精煤水分6.00%～6.50%，灰分9.00%～9.50%；浮选系统采用2台XJM-KS16型浮选机，浮选精煤由2台600 m2快开压滤机回收，2台快开压滤机1 h打板4～6板，浮选精煤水分22%左右，灰分10.50%～11.50%，占总精煤比例20%～30%。为确保实现实时在线检测煤流的干基灰分，且测量不受物料粒度、推积密度、岩相组成、变质程度和厚度等的变化和影响，测量结果符合测量精度要求，调试人员根据辛置选煤厂的胶带精煤为重介精煤和浮选精煤的混合精煤生产特点，经过多次现场测试，改进了灰分测量的算法程序，从而有效区分了重介精煤和浮选精煤各自的灰分、水分值。

设备于2020年10月安装调试完毕并投入使用，现场安装见图2。为了考核该灰分仪的使用效果，辛置选煤厂对设备灰分测量值与采样化验值进行了比对，结果见表1。表1中化验室数据是根据整点时间前1 h内按国标多次采样混合后化验检测的数据，在线灰分仪数据是对应采样时间段内的灰分数据的平均值。

表1 无源在线灰水仪检测数据与人工化验数据对比

图2 辛置选煤厂AT-MHO-216W型无源在线灰水仪现场安装示意

通过表1灰分数据对比可知，90.63%以上数据的对比误差在±0.5%以内，化验室所有数据的灰分算术平均值为9.84%，设备所有数据的灰分算术平均值为9.76%，两者误差为0.08%，因此，AT-MHO-216W型无源在线灰水仪精度较好，可以满足生产需要。

5 经济效益分析

经过近半年的生产运营，AT-MHO-216W型无源在线灰水仪在生产中表现出良好的精确度和稳定性。

5.1 提高了精煤产率

通过利用在线灰分仪实时监测精煤灰分波动情况，有效杜绝了产品质量过剩和不合格品的发生，在稳定产品质量的同时，提高了精煤产率。根据计算，改造后精煤产率提高了约0.2个百分点，按辛置选煤厂二车间全年入选原煤260万t计算，每年可增加精煤产量0.52万t，精煤按1 200元/t计算，每年可增加经济效益624万元。

5.2 降低了经营成本

在线灰水仪投用后，有效降低了辛置选煤厂二车间精煤灰分采制化人员的劳动强度，采制化人员主要以标定性检测为主，大大减少了工人工作量，同时减少采制化设备的运行成本。

6 结 论

辛置选煤厂应用AT-MHO-216W型无源在线灰水仪后，可连续、快速测点精煤灰分，及时反映精煤灰分变化情况，有效保证了精煤产品质量的合格稳定，避免了与用户的质量纠纷；降低了采制化工人劳动强度，减少了采制化设备的运行成本；同时具有安全无辐射、管理成本低等优点，给选煤厂带来了显著的经济效益，具有良好的应用前景。