孫永強(qiáng)，劉利波，宋 歡

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 選煤廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

1 應(yīng)用背景

神華準(zhǔn)能選煤廠洗選入廠毛煤后，洗后產(chǎn)品按質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品倉存儲，然后通過配煤裝車，將多種不同的產(chǎn)品，摻配成熱值穩(wěn)定的準(zhǔn)2、準(zhǔn)5和準(zhǔn)6等商品煤裝車外運。選煤廠共有2套裝車系統(tǒng)，其中裝車一系統(tǒng)負(fù)責(zé)1 200萬t跳汰系統(tǒng)洗后產(chǎn)品的配煤和裝車；裝車二系統(tǒng)負(fù)責(zé)800萬t及1 000萬t淺槽系統(tǒng)洗后產(chǎn)品的配煤和裝車。

2 存在問題與原因分析

近年來，隨著生產(chǎn)任務(wù)的加重及露天煤質(zhì)的較大波動等因素影響，給裝車配煤帶來很大的難度，商品煤裝車合格率一直處于較低水平，尤其是神華準(zhǔn)能選煤廠裝車一系統(tǒng)，合格率甚至還不足50%，造成這一不利結(jié)果的主要原因有以下幾個方面：

(1)化驗結(jié)果滯后，不能實時掌握配煤結(jié)果。跳汰系統(tǒng)設(shè)計能力是年洗選毛煤1 200萬t，近年隨著露天礦增產(chǎn)，系統(tǒng)洗選毛煤每年達(dá)到1 700萬t，超出系統(tǒng)設(shè)計能力，由于產(chǎn)品存儲能力較小，有時化驗結(jié)果未報出，產(chǎn)品已經(jīng)裝到火車，出現(xiàn)盲裝現(xiàn)象，裝車結(jié)果無法掌握，并影響下一列車的配煤。

(2)煤質(zhì)波動大，影響裝車配比。受地質(zhì)條件影響，露天礦采出毛煤質(zhì)量波動較大，毛煤熱值在3 100～4 300 cal/g范圍波動，洗選的精煤質(zhì)量相對較穩(wěn)定，中煤和末煤熱值波動大，情況最差時，每個班的點樣在±500 cal/g范圍內(nèi)波動，很難保證進(jìn)倉產(chǎn)品煤熱值穩(wěn)定，導(dǎo)致裝車配比難掌控。

(3)采制化方法限制，難以適應(yīng)煤質(zhì)的波動。生產(chǎn)及裝車采樣方法依托膠帶機(jī)中部自動采樣器采樣，收集的樣品送至化驗室進(jìn)行常規(guī)化驗，生產(chǎn)點樣結(jié)果報出時間需1 h，裝車化驗結(jié)果需等裝車結(jié)束后2 h，這種采制化方法結(jié)果報出時間要滯后生產(chǎn)1～2 h。

基于以上原因，使得商品煤裝車質(zhì)量波動較大，造成各商品煤配出熱值高出目標(biāo)熱值較多，帶來很大的熱值浪費，影響準(zhǔn)2優(yōu)質(zhì)煤配出比例，帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也影響公司商品煤的品牌。

為了解決此問題，公司引入在線灰分儀、離線灰分儀等儀器，但現(xiàn)場應(yīng)用效果不佳，未能解決問題，而且這些灰分儀采用放射源，增大了管理的難度。為此尋找一種適應(yīng)煤質(zhì)特性的快速檢測煤質(zhì)裝置[1]，穩(wěn)定商品煤質(zhì)量，減少熱值損失就顯得至關(guān)重要[2]。

通過了解，某公司開發(fā)了一種新型煤質(zhì)快速檢測產(chǎn)品，但因其設(shè)備屬于開發(fā)研制階段，還未正式在市場上進(jìn)行推廣應(yīng)用，正在尋找試驗場地，而選煤廠也有這種需求，所以通過與其合作，進(jìn)行現(xiàn)場試用，以判斷該技術(shù)是否能夠滿足選煤廠的實際需求。

3 試驗過程

新型煤質(zhì)檢測設(shè)備從2014年12月份開始安裝，在神華準(zhǔn)能選煤廠的試用經(jīng)歷了三個階段，做了大量實驗，完善了煤質(zhì)特性曲線[3]，進(jìn)一步升級了設(shè)備性能，現(xiàn)場應(yīng)用效果逐步的顯現(xiàn)出來。

3.1 第一階段末煤膠帶中部采樣機(jī)上的實驗

2014年12月，首臺新型煤質(zhì)檢測設(shè)備被安裝到神華準(zhǔn)能選煤廠，安裝在末煤膠帶(3701)中部采樣機(jī)的給料膠帶上，采樣器采的煤樣經(jīng)破碎機(jī)破碎后，落入給料膠帶，經(jīng)過二次縮分后，剩余煤樣通過煤質(zhì)檢測設(shè)備進(jìn)行測量[4]。

3.1.1 靜態(tài)測試

2015年1月7—8日，對檢測設(shè)備進(jìn)行了靜態(tài)測試，測量時間10 min，將粒度為3 mm的樣品(5個精煤、6個末煤、13個中煤)放入塑料盒中，放置在檢測設(shè)備測量位置處，進(jìn)行靜態(tài)灰分測量。根據(jù)靜態(tài)測量與動態(tài)測量的數(shù)據(jù)分析，此煤質(zhì)檢測設(shè)備基本具備測量灰分的能力。對于靜態(tài)測量，從圖1可以看出，在灰分17%～62%大范圍內(nèi)，灰分測量具有較好的線性。動態(tài)灰分測量基本追隨化驗數(shù)據(jù)的變化，但存在較大誤差。

圖1 中煤、末煤、精煤灰分靜態(tài)測試的測量值—化驗值線性擬合

3.1.2 動態(tài)測試

統(tǒng)計2015年1月6—10日末煤生產(chǎn)的測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如圖2所示。由于動態(tài)測量時樣品移動速度較低，對于此檢測設(shè)備來說，從原理上考慮，靜態(tài)測量與動態(tài)測量其測量結(jié)果應(yīng)該相差不大，因此，動態(tài)測量誤差較大的原因是來自其他方面。

圖2 生產(chǎn)中末煤的灰分測量值與化驗值對比

3.1.3 動態(tài)灰分測量誤差較大原因分析

(1)煤樣實際測量時間短。盡管是按照1 h的數(shù)據(jù)比較，但設(shè)備實際能測量煤樣的時間僅為幾十秒到一百多秒，測量誤差大。因為該處采樣機(jī)采樣頻率為15 min一次，1 h采樣次數(shù)僅為4次，由于主膠帶輸煤量不大，所以每次采樣量也小，每次采樣、破碎后落入小膠帶上的煤樣，形成符合設(shè)備測量條件的煤流，其經(jīng)過檢測設(shè)備的時間約10～20 s。

(2)化驗煤樣為采樣機(jī)的小膠帶上煤樣的二次采樣，由于采樣次數(shù)少，其與采樣機(jī)小膠帶上剩余煤樣存在差異。

(3)可能存在制樣、化驗誤差。

3.1.4 解決辦法

(1)降低采樣機(jī)小膠帶速度，提高單次采樣的測量時間；本儀器具有判斷膠帶上是否有煤的功能，如果提供接口，可以控制小膠帶停止或運行，以提高測量時間。

(2)增加小膠帶長度，安裝更好的煤流成形裝置。

(3)提高采樣機(jī)的采樣頻率，從原來的15 min降低為5 min或更低，不僅能夠增加設(shè)備測量煤樣時間，還能提高檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出頻率，從15 min輸出一次，變?yōu)? min或更短時間輸出一次，有利于指導(dǎo)生產(chǎn)。

3.1.5 第一階段測試結(jié)果

由于生產(chǎn)任務(wù)緊，對采樣機(jī)小膠帶的改造會影響生產(chǎn)，所以沒有進(jìn)行改造，而是將檢測設(shè)備重新安裝到裝車膠帶的采樣機(jī)上，這里的煤流量大，有利于測量，而且測量數(shù)據(jù)對指導(dǎo)配煤裝車更有意義。

3.2 第二階段裝車站裝車膠帶采樣機(jī)上的實驗

2015年6月，將該煤質(zhì)檢測設(shè)備安裝到1號裝車站裝車膠帶的端部采樣機(jī)上。具體安裝在采樣機(jī)破碎后，經(jīng)二次采樣所得到樣品的輸運小膠帶上。在安裝到新位置后，進(jìn)行了一系列實驗，包括軟件功能完善、算法優(yōu)化、設(shè)備運行參數(shù)優(yōu)化等，進(jìn)一步確保設(shè)備的工作狀態(tài)良好。

3.2.1 靜態(tài)測試

2015年7月，重新進(jìn)行了靜態(tài)煤樣的對比測量，對比數(shù)據(jù)如圖3所示。

設(shè)備在9月份標(biāo)定準(zhǔn)確后，10月份的測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示，除兩組灰分儀與化驗室熱值差較大外其余均差距較小，測量效果很好。

圖3 靜態(tài)測試灰分?jǐn)?shù)據(jù)線性擬合圖

表1 2015年10月裝車煤測量熱值與化驗熱值對比數(shù)據(jù)表

2015年12月，設(shè)備測量數(shù)據(jù)與化驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，主要原因是所測量處的煤樣量變少，從10月份的每分鐘實際測量煤樣時間40 s以上，調(diào)整為只有23 s。

3.2.2 第二階段測試實驗結(jié)果

1號裝車站裝車膠帶的端部采樣機(jī)處的安裝空間很小，比末煤采樣機(jī)處的安裝空間還小，無法制作完善煤樣收攏成形裝置。由于裝車班樣、點樣需指導(dǎo)裝車配煤，改造影響裝車。并且是進(jìn)口設(shè)備，對該采樣機(jī)的改造難度較大，因此決定將測量裝置安裝到該采樣機(jī)的棄樣端。

3.3 第三階段裝車站裝車膠帶采樣機(jī)棄樣端實驗

該端部采樣機(jī)的采樣頻率較高，可達(dá)到50 s的采樣周期，每次采樣的棄樣量約60 kg，棄樣通過溜槽落入裝車緩沖倉中。

3.3.1 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的安裝

2016年5月開始改造，增設(shè)一條小膠帶，棄樣通過溜槽落入小膠帶，小膠帶轉(zhuǎn)運煤樣一段距離后，再落入緩沖倉中。在小膠帶上設(shè)置煤流成形裝置，并留出安裝煤質(zhì)檢測設(shè)備的空間。小膠帶驅(qū)動電機(jī)由變頻器供電，調(diào)節(jié)變頻器頻率以改變小膠帶運轉(zhuǎn)速度，從而使煤流符合檢測設(shè)備的測量要求。

檢測設(shè)備采用了改進(jìn)設(shè)計的新版煤質(zhì)檢測設(shè)備，設(shè)備的測量精度、穩(wěn)定性以及可靠性得到提高[5]。設(shè)備于2016年6月運送到現(xiàn)場，并安裝調(diào)試，7月份初步調(diào)試完畢，開始供裝車配煤參考使用。

3.3.2 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備檢測結(jié)果與化驗結(jié)果對比

測量數(shù)據(jù)如圖4所示。根據(jù)654次裝車數(shù)據(jù)對比，所測煤的灰分從17%～41%，發(fā)熱量從3 350～5 400 kcal/kg，設(shè)備測量發(fā)熱量與化驗發(fā)熱量差值的均方根誤差為87 kcal/kg。

圖4 裝車煤的發(fā)熱量設(shè)備測量值與化驗值的線性關(guān)系

3.3.3 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備應(yīng)用前后合格率對比

2016年7月1日開始，兩套系統(tǒng)都開展了精準(zhǔn)裝車工作，裝車一系統(tǒng)使用新型煤質(zhì)檢測設(shè)備指導(dǎo)裝車配煤[6]，二系統(tǒng)利用生產(chǎn)過程化驗熱值指導(dǎo)裝車。統(tǒng)計2015年全年、2016年上半年以及2016年下半年三個時間段的裝車合格率進(jìn)行對比[7]，見表2。

表2 準(zhǔn)能選煤廠各系統(tǒng)合格率對比

從表2中數(shù)據(jù)縱向?qū)Ρ?，裝車一系統(tǒng)不同時間段合格率，使用新型煤質(zhì)檢測設(shè)備后，合格率為82.25%，較使用前提高29%，各煤種熱值浪費減少近100 kcal/kg左右，理論上可使準(zhǔn)2比例提高約12%。

橫向?qū)Ρ妊b車一二系統(tǒng)不同時間裝車合格率，7月1日開展精準(zhǔn)裝車工作后，兩套系統(tǒng)合格率均有很大程度的提高，裝車一系統(tǒng)提高12%，裝車二系統(tǒng)提高6.71%，一系統(tǒng)較二系統(tǒng)提高6%，基本可以推斷出新型煤質(zhì)檢測設(shè)備指導(dǎo)裝車取得了明顯成效。

4 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的防護(hù)與管理

4.1 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的防護(hù)

新型煤質(zhì)檢測設(shè)備采用多能人工射線吸收法，使用的射線源為射線裝置，發(fā)射的射線為X射線，與放射源不同，射線裝置關(guān)閉電壓后，不輸出任何射線[8]。

放射源與射線裝置雖然都能輸出射線，但管理上存在差異，此檢測設(shè)備發(fā)射X射線的能量，與雙能量伽馬射線灰分儀的射線能量比較，要低得多，因此屏蔽該射線很容易，3～4 mm的鋼板即可完全屏蔽該射線，因此在設(shè)備的外部，檢測不到射線裝置發(fā)射的射線(僅能檢測到環(huán)境本底)。

4.2 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的管理

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的豁免水平為：① 正常運行操作條件下，在距設(shè)備的任何可達(dá)表面10 cm處所引起的周圍劑量當(dāng)量率或定向劑量當(dāng)量率不超過1μSv/h；② 所產(chǎn)生輻射的最大能量不大于5 keV。

此煤質(zhì)檢測設(shè)備表面10 cm處設(shè)備引起的劑量當(dāng)量率基本為0，僅能測量到環(huán)境本底，通常環(huán)境本底小于0.1 μSv/h，因此該煤質(zhì)檢測設(shè)備屬于滿足豁免水平的設(shè)備。并且射線裝置與放射源不同，不需要在環(huán)保部門監(jiān)管下回收，也無需擔(dān)心放射源丟失而產(chǎn)生的責(zé)任[9]。

5 總結(jié)及建議

經(jīng)過近2 a的現(xiàn)場試用，此種新型煤質(zhì)檢測設(shè)備已經(jīng)能穩(wěn)定工作，在指導(dǎo)配煤裝車方面有很好的指導(dǎo)意義。

5.1 取得的效果

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)縱向?qū)Ρ鹊贸鲅b車一系統(tǒng)不同時間段合格率，使用新型煤質(zhì)檢測設(shè)備后，合格率82.25%，較未使用前提高29%，各煤種熱值浪費減少近100 cal/g左右，理論上可使準(zhǔn)2比例提高約12%。

橫向?qū)Ρ妊b車一二系統(tǒng)不同時間裝車合格率，7月1日采取精準(zhǔn)裝車工作后，兩套系統(tǒng)合格率均有很大程度的提高，而裝車一系統(tǒng)合格率提高12%，裝車二系統(tǒng)合格率提高6.71%，一系統(tǒng)較二系統(tǒng)合格率多提高6%，得出新型煤質(zhì)檢測設(shè)備指導(dǎo)裝車取得了明顯成效。

5.2 建議

(1)利用新型煤質(zhì)檢測設(shè)備，監(jiān)測選煤廠的生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)、產(chǎn)品的灰分與發(fā)熱量，不僅能夠控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高洗選效率，還能極大減少化驗人員的勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量管理水平。

(2)隨著科技進(jìn)步，選煤廠生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的信息大都實現(xiàn)了自動采集提取，而煤質(zhì)數(shù)據(jù)作為選煤廠指導(dǎo)生產(chǎn)、檢驗產(chǎn)品質(zhì)量、核查生產(chǎn)效率的關(guān)鍵信息，其自動化采集若能得到有效解決，就有可能利用生產(chǎn)中所采集的大量數(shù)據(jù)信息，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，逐步實現(xiàn)選煤廠智能化生產(chǎn)[10]。

此種設(shè)備測量較準(zhǔn)確，安裝方便，不使用放射源，與已有的其他煤質(zhì)快速檢測裝置比較，具有明顯的優(yōu)勢，值得推廣應(yīng)用。