中子活化分析技术在煤质在线检测中的应用

张 伟，李存磊，刘建龙，宋 雨，修 蕾

（1.丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁 丹东 118000；2.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）

0 引言

作为水泥生产中最为重要的原料及燃料，煤炭质量的高低将直接影响着水泥熟料的品质及水泥熟料生产成本，因此，加强入厂煤质检测至关重要[1]。水泥厂在入煤过程中，常采用皮带机或汽车运输，煤质检测通常由现场人员进行传统的采样、制样、检测程序进行测定。每新入一批煤炭，在完成卸煤前，检测人员都需要经过现场采样、制样及分析，了解煤炭品质。但这种检测方法存在明显不足，如采样少、检测结果代表性差、检测结果受任务干扰影响大、分析结果滞后等，对原煤入厂质量控制及堆放、配煤指导不利。

伴随着近年来相关检测技术的不断更新，中子活化旁线煤质分析仪被研发出来，并在水泥生产企业的入煤品质检测中获得广泛应用，其较高测量准确度及适应性获得了业内人士的高度好评。应用中子活化旁线煤质分析仪进行入厂煤品质检测时，其总体方案是在煤炭入厂前，依据进场车次进行自动化取样、制样及检测，整个工程仅需15min 左右，从而生产人员能够准确、及时掌握煤质变化情况，为提升企业效益提供了重要指导。

1 煤质在线检测技术发展与对比

1.1 煤质在线检测技术发展

20 世纪80 年代初，德国、美国工业大国为有效促进本国工业技术发展，相继开展了大量煤质在线检测技术研究，例如，德国Berthold 公司在20 世纪80 年代末结合微波测试技术及双能量γ 透射测量灰分技术优势，研发出中子活化元素分析技术，这一技术在煤质检测应用中获得了较高的效果。此后，随着市场需求的二进一步扩大，煤质检测技术也获得了空前发展，各厂家持续加大了检测技术及设备更新与改进，目前，市面上已涌现出各种功能的煤质在线检测技术，且在应用实践中获得较好评价。

我国对于煤质在线检测技术的研究始于20 世纪90 年代初，经过数十年的研究与发展，相加研发出了双能量在线灰分测量仪、微波水分仪、中子活化型的煤质分析仪、X 射线煤质分析仪等高科技煤质在线检测设备，种种设备及技术均实现国际煤质在线检测技术赶超，为提升煤质检测效益提供了基础。

1.2 不同煤质在线检测技术对比

目前，市面上所存在的煤质在线检测技术主要分为分元素型和单一指标型两种，元素型检测技术主要包含中子活化分析技术、X 荧光分析技术及激光诱导击穿光谱技术等；而单一指标型技术则主要包含双能量透射灰分检测技术、天然γ 射线灰分测量技术、X 射线吸收技术等。各种类型检测技术优势明显，均在水泥生产企业日常生产中发挥出了巨大作用。

2 中子活化煤质在线分析技术的应用

2.1 采样机

2.1.1 皮带中部采样机

对于采用皮带机进行运煤的企业，在煤质检测中的采样环节采用的皮带机中补采样机进行自动采煤。采样后经初步破碎，被送入分析仪储料仓，然后分析仪对煤炭中的各项工业指标进行检测，检测完成回料被送入煤流，实现回收利用，极大地降低了煤炭资源浪费。

2.1.2 桥式汽车采样机

桥式汽车采样机主要是应用于用汽车运煤的企业采样环节中。采样过程中，采样机按照入厂车衣依次自动化采样，采样完成后初步破碎，然后被送入分析仪，检测完成后，部分样品留存，剩余样品送回车厢，运入厂内使用。

2.2 中子活化旁线煤质分析仪

目前，国内水泥厂、选煤厂在看展煤质在线检测过程中，应用最多的技术就是中子活化技术，在该技术应用中，核心设备是DF-5703（B）中子活化旁线煤质分析仪。从结构上看，该设备主要由中子源、探测器、信号处理箱、马达控制箱、主机、入煤斗、滚筒护罩及槽钢支架等构件组成，其内部设有密度计及微波水分仪。

理论上，该技术是基于PGNAA 技术基础，经现场应用实践及不断改进、优化而成，它可以代替传统的分析方法，分析过程迅速。分析过程中，采样系统先进行自动化采样，然后再将样品送入分析仪进行检测，从而获得准确的元素指标情况。该分析技术及设备具备精度高、测量时间短等优势，可满足选煤厂煤质在线检测高精度标准。

2.3 应用案例分析

某水厂入煤采用汽车榆树方式，所以在线检测系统采用桥式汽车采样机、煤炭在线实时分析仪、留样弃煤处理等3 个模块构成。该系统可实现车辆采样、在线分析、煤质数据库实时传递自动化，系统结构如图1 所示。

图1 系统结构

2.3.1 主要优势

（1）该技术工艺在应用实践中具备劳动强度低，自动化水平高等优势，因此受到业内广泛好评；除此之外，它还具备了受外界客观因素影响小，如检测人员操作因素、环境因素等，分析结果非常精确、客观。

（2）操作简捷。按入厂车次进行检测，操作较为简捷，可最大限度地保障煤质在线检测结果的准确性与实时性。

（3）实现煤质工业指标波动大等条件下的精准监测。该分析仪可对煤质各项工业质变进行监测，如灰分、水分、硫含量及煤品种SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等氧化物含量等。

（4）为煤场对进厂煤进行分类堆放提供指导，减少了优质煤的浪费，节约了直接成本。

（3）完成煤质大部分工业指标波动情况监测。该分析仪可对煤质各项工业质变进行监测，如灰分、水分、硫含量、热值及煤品种SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等氧化物含量等。

2.3.2 测量精度

为了解DF-5703（B）中子活化旁线煤质分析仪在应用实践中原煤内各种测量指标精度情况，笔者采用桥式汽车取样器依次对入厂的50 运煤车进行取样，并借助DF-5703（B）设备对入选50 组样品进行实验室分析，如图2、图3 所示。

图2 灰分测量结果对比

图3 水分测量结果对比

结合各组数据各自工业指标，通过对其灰分、水分、硫含量、热值测量，发现误差仅为0.45%、0.32%、0.05%、284.2kJ/kg。充分说明了中子活化旁线煤质分析系统具备较高的测量精度，同时辅以桥式汽车取样器，可有效实现入厂煤质的质量控制。

3 结语

（1）检测结果较为精准。不论是原煤采样机还是分煤种采样机，均可在应用过程中对原煤进行全面采样，不仅保证了采样的代表性，还能有效保证检测数据的准确性，为煤场选煤工作提供了有力参考。

（2）减少采制样人员配备。自动采样系统的应用，可在选煤厂生产过程中高效完成原煤初检，检测单位无须安排专人在系统内进行制样，仅依靠样品化验前制备即可，极大地节约了人力成本。

（3）减少弃样浪费。由于该分析装置安装于选煤系统之中，检测之后的弃样可直接回收利用，不存在大量煤资源浪费，直接提升了企业经济效益。

（4）煤质稳定。在线检测系统投入运行后，能对入仓煤品进行实时监测。当煤质出现大幅度波动时，检测系统可及时进行入洗率和分选参数调整，保证了煤质稳定性，同时也避免了商品煤质量过剩情况。

总而言之，在选煤厂水泥厂日常生产中，加强煤质在线检测不仅能保证企业生产效益，还能有效减少优质煤浪费情况，直接提升了企业整体利益。本文基于中子活化旁线煤质分析技术及相关设备应用分析，为各企业全面、客观检测原煤及商品煤提供了技术指导。