劉光昭

(后所煤礦選煤廠,云南省曲靖市,655500)

1 概述

后所煤礦選煤廠是原設(shè)計生產(chǎn)能力為45萬t/a的礦井型煉焦煤選煤廠,于1981年投產(chǎn),采用跳汰-浮選聯(lián)合工藝,經(jīng)多次改造,現(xiàn)為一座年入洗能力90萬t的全原煤重介選煤廠,采用兩段三產(chǎn)品重介旋流器組合,單一密度循環(huán)懸浮液實現(xiàn)主、再選介質(zhì)密度自動控制,分選三產(chǎn)品的重介選煤新工藝,其特點為原煤不分級入選和煤泥浮選。生產(chǎn)實踐表明,該工藝先進(jìn)、分選精度高、脫硫降灰效果明顯,生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)達(dá)同行業(yè)先進(jìn)水平。但指導(dǎo)生產(chǎn)的質(zhì)量檢測手段仍一直采用灼燒法,需通過人工采樣、制樣、化驗。結(jié)果數(shù)據(jù)時間滯后,與先進(jìn)的生產(chǎn)工藝極不適應(yīng),不能及時指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn),影響了重介選煤優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

為了解決這一突出矛盾,后所煤礦選煤廠在考察國內(nèi)其他選煤廠采用在線測灰儀指導(dǎo)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,選用了清華大學(xué)工程物理系生產(chǎn)的ZZ-89A型在線測灰儀用于測定洗精煤,指導(dǎo)選煤生產(chǎn)。該在線測灰儀于2002年4月底安裝投入使用,至今運行平穩(wěn),效果明顯。

2 ZZ-89A在線測灰儀基本原理

‘窄束’γ射線透射物質(zhì)時的衰減取決于被透射物質(zhì)的質(zhì)量厚度X·ρ(g/cm2)和質(zhì)量衰減系數(shù)μm(cm2/g)兩個因素,且按指數(shù)規(guī)律衰減。

其中I0和I分別表示沒有和有吸收物質(zhì)情況下與通量密度(l/s·cm2)成正比的γ計數(shù)率。X是物質(zhì)的厚度,ρ是物質(zhì)的堆密度。

煤的組成極其復(fù)雜,但是可以認(rèn)為是由碳為代表的低原子序數(shù)的元素(C、H、O、N)和以硅為代表的高原子序數(shù)的元素(Si、Al、Mg、Fe等)組成的二元混合物。如果高原子序數(shù)的元素(高Z元素)的重量百分含量是Cz,則低Z元素為(1-Cz)。設(shè)某種低能γ對煤當(dāng)中高Z元素和低Z元素的質(zhì)量衰減系數(shù)分別為μz和μc,則煤對這種低能γ衰減系數(shù)μL為:

ZZ-89A型γ射線測灰儀中,采用241Am(60 keV)作為低能γ源,137Cs(662 keV)作為中能γ源,令這兩種能量的γ射線束透射同一煤層,則被測煤樣灰分值A(chǔ)d可由(1)式和(2)式推算得出:

式中:μm——煤對137Csγ射線的質(zhì)量衰減系數(shù),γ射線的質(zhì)量衰減系數(shù)μL、μm、μz、μc對一定的煤,它們均為常數(shù);I0,I——分別表示沒有和有煤情況下241Am低能γ的計數(shù)率;

J0,J——分別表示沒有和有煤情況下137Cs中能γ的計數(shù)率。

其中,A、B是與煤炭組成有關(guān)的常數(shù)。因而只要連續(xù)地在線測定I和J就能實現(xiàn)灰分的在線測量。上式中

K是灰分測量時實際需要測定的量。事實上,K的真值應(yīng)該是煤對241Am和137Cs兩種γ的質(zhì)量衰減系數(shù)之比(μL/μm),所以這種煤灰分測定方法也稱為煤灰分的質(zhì)量衰減系數(shù)測定法。

在根據(jù)上述基本原理做成的ZZ-89A型γ射線煤灰分測量裝置里,241Am(60 keV)低能γ源和137Cs(662 keV)中能γ源被安置在同一個屏蔽準(zhǔn)直鉛罐中,兩種不同能量的射線從射線輸出器防護(hù)鉛罐的準(zhǔn)直孔射出,傳送帶運行時,γ束掃視傳送帶上被測的煤,沒有被煤吸收的241Am和137Cs的γ由NaI(Tl)閃爍探測器記錄,用一個單片機(jī)穩(wěn)峰器穩(wěn)定137Cs全能峰的位置,并選取Am道下閥至上閥之間和Cs道下閥至上閥之間全能峰內(nèi)的脈沖,脈沖經(jīng)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入計算機(jī)接口電路,計算機(jī)根據(jù)接口電路記錄到的Am道和Cs道的計數(shù)及時地計算出灰分值。

3 測灰儀使用前的情況

在采用ZZ-89A在線測灰儀前,生產(chǎn)中采用灼燒法檢測精煤灰分,通過人工采樣、制樣、化驗指導(dǎo)選煤生產(chǎn)。由于工序繁多,耗時較長,一般每次快灰滯后1.5 h左右,因此生產(chǎn)中的密度司機(jī)得到的灰分值實際上已經(jīng)是一個多小時以前的結(jié)果。由于后所煤礦入洗原煤煤質(zhì)變化大,可選性極差,要控制精煤灰分穩(wěn)定是相當(dāng)困難的。每個班次的選煤生產(chǎn)過程中,開始的1.5 h內(nèi)是靠工人的經(jīng)驗指導(dǎo)操作,主觀性較大,是產(chǎn)品質(zhì)量最容易出現(xiàn)問題的時候,生產(chǎn)管理和工人的操作要么高要么低,前兩個快灰基本不合格,難以最大限度地提高精煤產(chǎn)率。

4 測灰儀使用后的效果

2002年4月底后所煤礦選煤廠把在線測灰儀安裝在洗精煤帶式輸送機(jī)上,當(dāng)煤流經(jīng)過時,測灰儀在線測量出煤的灰分,每一分鐘改變一次顯示灰分值,由于及時的精煤信息反饋,對選煤生產(chǎn)中快灰的穩(wěn)定控制非常有利。

4.1 精度誤差及比對

通過對測灰儀進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定,即測灰儀對被測煤的測量結(jié)果與由灼燒法所得的灰分值進(jìn)行對比,得到結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)以上計算結(jié)果,修改煤種參數(shù)(A值一般不動),調(diào)整截距B值。由表1可以看出,ZZ-89A型在線測灰儀均方差遠(yuǎn)小于其允許誤差,監(jiān)測質(zhì)量較高。

表1 在線式測灰儀比對試驗數(shù)據(jù)表

因灰分儀的測量結(jié)果與被測煤的元素組成有關(guān),所以在使用過程中必須作經(jīng)常性的比對,通過經(jīng)常性的比對,能使灰分儀的偏差δ很小,以提高測灰儀測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。具體作法如下:經(jīng)常將測灰儀測量的結(jié)果與化驗值進(jìn)行比較(化驗值的采樣時間與測灰儀的測量時間一定要一一對應(yīng)),采用哪些化驗灰分值,可根據(jù)具體情況而定。如:可用小時慢灰、周綜合煤樣的灰分及月綜合煤樣的灰分等,但這些灰分值要有足夠多的數(shù)據(jù),而且要準(zhǔn)確。后所煤礦選煤廠采用的多為月綜合煤樣灰分。

4.2 質(zhì)量穩(wěn)定性

測灰儀在后所煤礦選煤廠的使用,解決了后所煤礦入選原煤煤質(zhì)波動大,生產(chǎn)過程中洗精煤質(zhì)量難以穩(wěn)定的問題,有效克服了每班選煤生產(chǎn)初期,職工操作憑經(jīng)驗而無數(shù)據(jù)指導(dǎo)的矛盾,產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。表2為2001年與2007年精煤快灰合格率對比。

從表2數(shù)據(jù)可以看出測灰儀投入使用后,精煤快灰合格率由2001年的39.7%上升到2007年的67.6%,產(chǎn)品質(zhì)量十分穩(wěn)定,最大限度地提高了精煤產(chǎn)率,實現(xiàn)了向精煤灰分要效益、要產(chǎn)率的目標(biāo)。

表2 2001年與2007年洗精煤產(chǎn)品快灰合格率對比表%

5 結(jié)論

實踐證明后所煤礦選煤廠采用ZZ-89A型在線測灰儀后,監(jiān)測精煤產(chǎn)品系統(tǒng)運行平穩(wěn),從投入使用運行至今,整整7年,只更換過一次工控機(jī)控制接口板,維護(hù)工作量小。所以,認(rèn)為該在線測灰儀能在選煤生產(chǎn)現(xiàn)場很好地指導(dǎo)生產(chǎn),起到了操作司機(jī)的“眼睛”重要作用。同時采用該在線測灰儀后,洗精煤質(zhì)量穩(wěn)定率高,有利于提高精煤產(chǎn)率,是選煤廠穩(wěn)質(zhì)提效的重要途徑。