任學(xué)禹，丁建軍，裴晨春

(汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 柳灣煤礦選煤廠，山西 呂梁 032300)

灰分是煤礦和選煤廠生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵指標(biāo)。對(duì)灰分的精確檢測(cè)直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)通用的灰分在線檢測(cè)方法總體上可以分為放射性檢測(cè)(有源)和非放射性檢測(cè)(無(wú)源)。煤炭灰分的放射性檢測(cè)技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代后期，主要有中子法、X射線法、雙能γ射線法。國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為普遍的是采用镅(Am241)作為低能放射源，銫(Cs137)作為高能放射源的雙能γ射線法。隨著網(wǎng)絡(luò)信息的快速普及，越來(lái)越多的設(shè)備操作人員意識(shí)到有源產(chǎn)品對(duì)于身體健康的潛在危害，因此有源檢測(cè)產(chǎn)品在一線工人中越來(lái)越不受歡迎，加之有源檢測(cè)方法存在原理上的固有缺陷，環(huán)保及公安部門對(duì)放射源的監(jiān)管檢查力度越來(lái)越大等因素，有源產(chǎn)品被無(wú)源產(chǎn)品代替已經(jīng)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 柳灣煤礦選煤廠概況

汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司柳灣煤礦選煤廠位于山西省孝義市西南約25 km，是一座礦井型選煤廠，設(shè)計(jì)能力3.80 Mt/a。選煤工藝為：有壓脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選+TBS粗煤泥分選+浮選的聯(lián)合性生產(chǎn)工藝。50～1 mm粒級(jí)末原煤采用有壓脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選，1～0.25 mm粒級(jí)粗煤泥采用TBS分選機(jī)分選，0.25～0 mm粒級(jí)細(xì)煤泥采用浮選，細(xì)煤泥采用加壓過(guò)濾機(jī)或壓濾機(jī)脫水的工藝流程。主導(dǎo)產(chǎn)品為12級(jí)冶煉焦精煤，運(yùn)輸方式為陽(yáng)泉曲鐵路發(fā)運(yùn)。單位連續(xù)多年被評(píng)為煤炭工業(yè)優(yōu)質(zhì)高效選煤廠。

2 存在的問(wèn)題

柳灣煤礦選煤廠自投產(chǎn)以來(lái)一直采用人工測(cè)灰法，于精煤膠帶20 min采1個(gè)子樣，1 h后對(duì)所采的3個(gè)子樣進(jìn)行混合、縮分、取樣，再送化驗(yàn)室進(jìn)行制樣、快灰檢測(cè)，得到精煤化驗(yàn)灰分值，以此來(lái)控制精煤品質(zhì)。這一質(zhì)量控制方法符合行業(yè)慣例，能較好地實(shí)現(xiàn)精煤質(zhì)量控制目標(biāo)，但是也存在以下問(wèn)題：

(1) 選煤廠入洗原煤為柳灣煤礦生產(chǎn)的11號(hào)主焦煤。由于原煤質(zhì)量波動(dòng)較大，人工化驗(yàn)的滯后性直接導(dǎo)致選煤廠重介精煤灰分不穩(wěn)定，致使銷售精煤的穩(wěn)定性較差。

(2) 傳統(tǒng)方法測(cè)定灰分樣本質(zhì)量?jī)H0.5 g或1 g，加上受采樣時(shí)間及化驗(yàn)人員專業(yè)性、責(zé)任心的影響，化驗(yàn)結(jié)果極易失真。

(3) 由于采制樣工作量大、周期長(zhǎng)，選煤廠需配置多名采制樣人員輪班工作，人工成本高。

3 解決的方法

經(jīng)過(guò)周密考察與調(diào)研，柳灣煤礦選煤廠在一車間332精煤帶式輸送機(jī)上安裝了1臺(tái)由西安阿爾特測(cè)控技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的AT-MHO-216W無(wú)源在線灰分儀，用來(lái)檢測(cè)重介精煤灰分。在調(diào)試過(guò)程中由于原煤小時(shí)入洗量較低，重介精煤產(chǎn)量65～90 t/h，332精煤帶式輸送機(jī)上的煤流高度一直達(dá)不到廠家要求的最低50 mm，測(cè)試效果不佳。西安阿爾特測(cè)控技術(shù)有限公司不斷更改方案，通過(guò)優(yōu)化硬件設(shè)備、軟件等各種方法，取得重大技術(shù)突破，2019年5月初已經(jīng)實(shí)現(xiàn)煤流高度5 mm以上的可靠測(cè)試。經(jīng)過(guò)半個(gè)月的調(diào)試標(biāo)定后，試用效果良好，滿足了的技術(shù)要求。具體方法為：

(1)首先對(duì)精煤帶式輸送機(jī)上的精煤進(jìn)行標(biāo)定，而后使用在線灰分儀進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，與化驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

(2)驗(yàn)收方柳灣煤礦選煤廠2019.3.15～2019.3.30，每天隨機(jī)安排5 h內(nèi)每整點(diǎn)從膠帶上取樣，經(jīng)過(guò)破碎縮分制樣進(jìn)行灰分化驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)和從在線灰分儀軟件上選擇每個(gè)整點(diǎn)前后各15 min的灰分?jǐn)?shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 無(wú)源在線灰分儀數(shù)據(jù)與人工化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

(1)在線灰分儀數(shù)據(jù)，采用的是距離整點(diǎn)最近的前后各15 min的平均灰分值。而化驗(yàn)室則是整點(diǎn)左右多次采樣混合后按國(guó)標(biāo)制樣的數(shù)據(jù)。這是線平均數(shù)據(jù)與點(diǎn)平均數(shù)據(jù)的對(duì)比。

(2)通過(guò)灰分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比，灰分儀測(cè)試精度可以滿足生產(chǎn)需要。設(shè)備所測(cè)的灰分和化驗(yàn)室所測(cè)灰分的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比差值在0.09%～1.66%之間，91%以上數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比誤差在0.5%以內(nèi)。考核期內(nèi)，化驗(yàn)室所有數(shù)據(jù)的灰分算數(shù)平均值為10.50%，設(shè)備所有數(shù)據(jù)的灰分算數(shù)平均值為10.39%，兩者平均誤差為0.11%。

4 無(wú)源在線灰分儀的作用及優(yōu)點(diǎn)

4.1 在生產(chǎn)管理過(guò)程中的作用

(1)穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)：通過(guò)實(shí)時(shí)、在線連續(xù)監(jiān)測(cè)洗精煤的灰分，使精煤灰分控制在允許誤差范圍之內(nèi)，最大限度為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

(2)降低經(jīng)營(yíng)成本：通過(guò)科技創(chuàng)新，減少勞動(dòng)力的投入，從而達(dá)到降低經(jīng)營(yíng)成本之目的。

(3)提升管理水平：在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與化驗(yàn)室人工化驗(yàn)數(shù)據(jù)相互印證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管理漏洞。

(4)消除安全隱患：由于生產(chǎn)任務(wù)重，采樣人員經(jīng)常跟隨夜班作業(yè)，容易在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)事故，采樣、磨樣、燃燒等過(guò)程存在安全隱患。采用無(wú)源在線灰分儀后，大大減少了人工采樣工作量，從而最大限度消除安全隱患。

4.2 主要優(yōu)點(diǎn)

(1)無(wú)放射源：沒(méi)有輻射安全隱患，不存在與放射源有關(guān)的任何管理成本，運(yùn)行成本低。

(2)實(shí)時(shí)性強(qiáng)：可測(cè)得最短10 s的有效灰分，遠(yuǎn)優(yōu)于有源灰分儀的實(shí)時(shí)性。

(3)適應(yīng)性強(qiáng)：原則上對(duì)灰分上限無(wú)限制，對(duì)煤流量(面密度)無(wú)限制，適用于普通膠帶機(jī)、鋼絲膠帶機(jī)上煤的灰分測(cè)量。此方面有源灰分儀無(wú)法做到。

(4)安裝簡(jiǎn)單：模塊化設(shè)計(jì)，安裝簡(jiǎn)便易行。

(5)標(biāo)定工作量少：現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定工作量只是雙能γ射線投射法灰分儀標(biāo)定工作量的5%。

(6)全范圍檢測(cè)：有源灰分儀是在膠帶輸送機(jī)中間部分幾公分寬的小范圍采樣檢測(cè)，AT-MHO-216W為輸送機(jī)全斷面灰分信號(hào)、不受堆密度的影響灰分?jǐn)?shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更有代表性。

(7)使用軍用級(jí)特種探測(cè)器，作為射線接受裝置。

(8)低維護(hù)量：沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，故障率低，日常維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)；

(9)可以實(shí)現(xiàn)4～20 ma電流輸出通訊和485通訊，可以接入DCS系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)等。

(10)測(cè)量精度：灰分不大于15%時(shí)，單次檢測(cè)絕對(duì)誤差不大于1.0%，平均檢測(cè)絕對(duì)誤差不大于0.5%；灰分在大于15%或小于30%時(shí)，單次檢測(cè)絕對(duì)誤差不大于1.5%，平均絕對(duì)誤差不大于1.0%；灰分超過(guò)30%時(shí)，單次檢測(cè)絕對(duì)誤差不大于2.0%，平均絕對(duì)誤差不大于1.5%。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)節(jié)約人工成本。改造后，柳灣煤礦選煤廠可取消目前的精煤快灰采樣工4名，每月可節(jié)約人工成本12 000元(按3 000元/(人·月)計(jì)算)，全年可節(jié)約人工成本14.4萬(wàn)元。

(2)提升精煤產(chǎn)率，減少精煤質(zhì)量損失。改造后，選煤生產(chǎn)過(guò)程中精煤灰分合格率和穩(wěn)定性增強(qiáng)，綜合精煤灰分的穩(wěn)定率由原來(lái)的90%提高到95%。精煤產(chǎn)率提高了約0.5個(gè)百分點(diǎn)，按全年入選原煤2.60 Mt計(jì)算，每年可增加精煤產(chǎn)量1.3萬(wàn)t，精煤?jiǎn)蝺r(jià)按970元/t，增加經(jīng)濟(jì)效益1 260萬(wàn)元。

6 結(jié) 語(yǔ)

柳灣煤礦選煤廠安裝了AT-MHO-216W型無(wú)源在線灰分儀運(yùn)行至今，效果良好，灰分測(cè)量精度完全滿足生產(chǎn)技術(shù)要求，日常完全免維護(hù)，且不使用放射源，安全可靠，極大降低了管理成本。生產(chǎn)實(shí)踐表明，AT-MHO-216W型無(wú)源在線灰分儀采用無(wú)放射源非接觸式在線檢測(cè)灰分的技術(shù)原理，設(shè)備本身不含有放射源或其他任何人工添加的放射性物質(zhì)；能夠適應(yīng)不同煤種、不同厚度的煤流在線灰分檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同配比下混合煤的監(jiān)測(cè)，并提供多種模型切換，測(cè)量精度不受物料密度和厚度以及水分變化的影響，不受粉塵、水氣的影響?？蓪?dǎo)出、存儲(chǔ)、打印、上傳報(bào)表，可查詢?nèi)我鈺r(shí)間的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并顯示該時(shí)間段的灰分、水分、發(fā)熱量指標(biāo)趨勢(shì)曲線及平均值數(shù)據(jù)。歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)保存時(shí)間不低于1 a，可統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定率、合格率。該設(shè)備在煤質(zhì)在線檢測(cè)領(lǐng)域有著極大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景良好。