ZZ-89A型在線測灰儀在后所煤礦選煤廠的應用

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計生產能力為45萬t/a的礦井型煉焦煤選煤廠,于1981年投產,采用跳汰-浮選聯合工藝,經多次改造,現為一座年入洗能力90萬t的全原煤重介選煤廠,采用兩段三產品重介旋流器組合,單一密度循環懸浮液實現主、再選介質密度自動控制,分選三產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。生產實踐表明,該工藝先進、分選精度高、脫硫降灰效果明顯,生產技術指標達同行業先進水平。但指導生產的質量檢測手段仍一直采用灼燒法,需通過人工采樣、制樣、化驗。結果數據時間滯后,與先進的生產工藝極不適應,不能及時指導現場生產,影響了重介選煤優勢的充分發揮。

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

2 ZZ-89A在線測灰儀基本原理

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

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

煤的組成極其復雜,但是可以認為是由碳為代表的低原子序數的元素(C、H、O、N)和以硅為代表的高原子序數的元素(Si、Al、Mg、Fe等)組成的二元混合物。如果高原子序數的元素(高Z元素)的重量百分含量是Cz,則低Z元素為(1-Cz)。設某種低能γ對煤當中高Z元素和低Z元素的質量衰減系數分別為μz和μc,則煤對這種低能γ衰減系數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Ad可由(1)式和(2)式推算得出:

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

J0,J——分別表示沒有和有煤情況下137Cs中能γ的計數率。

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

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

在根據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直鉛罐中,兩種不同能量的射線從射線輸出器防護鉛罐的準直孔射出,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,用一個單片機穩峰器穩定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的脈沖,脈沖經轉換后進入計算機接口電路,計算機根據接口電路記錄到的Am道和Cs道的計數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,生產中采用灼燒法檢測精煤灰分,通過人工采樣、制樣、化驗指導選煤生產。由于工序繁多,耗時較長,一般每次快灰滯后1.5 h左右,因此生產中的密度司機得到的灰分值實際上已經是一個多小時以前的結果。由于后所煤礦入洗原煤煤質變化大,可選性極差,要控制精煤灰分穩定是相當困難的。每個班次的選煤生產過程中,開始的1.5 h內是靠工人的經驗指導操作,主觀性較大,是產品質量最容易出現問題的時候,生產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上,當煤流經過時,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,對選煤生產中快灰的穩定控制非常有利。

4.1 精度誤差及比對

通過對測灰儀進行動態標定,即測灰儀對被測煤的測量結果與由灼燒法所得的灰分值進行對比,得到結果數據如表1所示。

根據以上計算結果,修改煤種參數(A值一般不動),調整截距B值。由表1可以看出,ZZ-89A型在線測灰儀均方差遠小于其允許誤差,監測質量較高。

表1 在線式測灰儀比對試驗數據表

因灰分儀的測量結果與被測煤的元素組成有關,所以在使用過程中必須作經常性的比對,通過經常性的比對,能使灰分儀的偏差δ很小,以提高測灰儀測量結果的準確度。具體作法如下:經常將測灰儀測量的結果與化驗值進行比較(化驗值的采樣時間與測灰儀的測量時間一定要一一對應),采用哪些化驗灰分值,可根據具體情況而定。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據,而且要準確。后所煤礦選煤廠采用的多為月綜合煤樣灰分。

4.2 質量穩定性

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波動大,生產過程中洗精煤質量難以穩定的問題,有效克服了每班選煤生產初期,職工操作憑經驗而無數據指導的矛盾,產品質量更加穩定。表2為2001年與2007年精煤快灰合格率對比。

從表2數據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%,產品質量十分穩定,最大限度地提高了精煤產率,實現了向精煤灰分要效益、要產率的目標。

表2 2001年與2007年洗精煤產品快灰合格率對比表%

5 結論

實踐證明后所煤礦選煤廠采用ZZ-89A型在線測灰儀后,監測精煤產品系統運行平穩,從投入使用運行至今,整整7年,只更換過一次工控機控制接口板,維護工作量小。所以,認為該在線測灰儀能在選煤生產現場很好地指導生產,起到了操作司機的“眼睛”重要作用。同時采用該在線測灰儀后,洗精煤質量穩定率高,有利于提高精煤產率,是選煤廠穩質提效的重要途徑。