γ射線灰分儀在選煤廠的應用

胡愛麗

(西山煤電股份有限公司太原選煤廠，山西 太原 030052)

煤灰分是煤在一定溫度下充分完全燃燒后，氧化物殘渣的百分量。灰分與煤的發熱量等重要指標密切相關，是煤質評定和銷售定價的主要依據之一。據估算：焦炭中灰分每升高1(即1 wt%)，將導致煉鐵時焦比增加2% ～2．5%，高爐單產降低2．5% ～3%，爐渣增加2．7% ～2．9%，所以，控制精煤產品質量穩定對選煤廠的經濟效益有著非常重要的作用。

近年來，原煤質量變化較大，客戶對煤質的要求越來越高，而傳統常規的灼燒測灰方法因工序繁瑣、得出結果滯后時間長、在煤樣的采制化過程中會引入認為誤差等原因，不能滿足隨時監測的需要，為了保證精煤質量，減少銷、配灰的誤差，西山煤電股份有限公司太原選煤廠引進了γ射線灰分儀，可實現全方位、多點位、定量定性快速檢測煤質。

1 γ射線灰分儀的工作原理

γ射線灰分儀利用雙能量 γ射線透射法，使－241Am镅(60Kev)的低能 γ射線和 －137Cs銫(662Kev)的中能γ射線透射被測的煤，其中低能γ射線的減弱取決于煤的灰分值和煤層厚度，中能γ射線的減弱只取決于煤層厚度，與煤的灰分值無關。采用閃爍探頭，把透過煤層的兩種能量射線轉變成為兩種不同的電信號，兩種電信號的強弱變化包含了煤灰分值和煤層厚度兩種信息，利用電信號分析電路和微計算機可以計算出煤灰分值和煤層質量厚度，這兩個數據隨被測煤而變，結合微機的分析計算、儲存、顯示、打印等功能，不僅可以定時顯示，用于控制生產流程或指導生產，而且可以根據需要隨時查詢、了解任何時間段的煤灰分變化情況。

γ射線灰分儀的測量傳感器安裝在煤的輸送帶邊上，只要輸送帶開動，此儀表立即自動測量煤的灰分值。

2 煤灰分儀測量的精度、穩定性

2．1 測量精度

測量精度主要取決于以下幾個誤差：

1)計數的統計誤差(測量時間超過10 min可以忽略)。

2)測量系統本身的偶然誤差小于0．2 wt%。

3)常規灰分化驗過程中的偶然誤差，此時實驗時能控制它為0．2 wt%左右。

4)煤灰中元素組成的隨機變化，尤其鐵含量引起的誤差。

其中，最后一個因素是誤差的主要來源。對于精煤，當煤灰中的Fe2O3含量增加或減少1%將引起灰分值測量值誤差約為±0．7 wt%

2．2 穩定性

對灰分值固定的測量對象，取8 h連續測量的“10 min灰分”值，全部值與任一個“10 min灰分”值的最大偏差值不會超過±0．5 wt%。

3 采樣要求

3．1 在線灰分儀的采樣要求

校準采樣時鐘與測灰儀時鐘一致，便于查詢。

皮帶連續運煤，至少采12對平行樣，每對煤樣要求連續采10min(即每1 min的前0．5min取一次樣，后0．5 min取一次樣;前0．5 min的放入1個袋內，后0．5min的放入另一個袋內，做好標記，并記錄采樣時間段。

至少間隔30 min后取下一對煤樣，直至取夠12對以上。

分別對每對煤樣制樣、化驗，對每對平行樣的化驗值取其平均值，作為一個煤樣的灰分值。

查詢測灰儀的測量結果，根據化驗結果和測量結果進行比對，確定灰分斜率A和截距B值，作為正常生產依據。

若達不到以上要求，可適當縮短采樣時間和間隔時間，做數據比對。

3．2 離線灰分儀的采樣要求

在生產過程中采取20個煤樣用測灰儀測量，要求時間上適當拉開，每個生產班取3～4個，取自6個生產班，保證煤樣的代表性和隨機性。

每個煤樣按規程進行縮分，取得粒度小于13 mm，10 kg煤樣，把它分成兩份。其中一份，按規程用灼燒法化驗其灰分，得到Ad化驗值，并保留所余煤樣，備復查用。另一份，用B型掃描式快灰儀測定灰分，得到測量值，測后保留煤樣，備復查用。

3．3 煤種參數的設置

自動擬合，進入比對界面，填寫已準備好的測量數據和化驗數據，輸入足夠多的數據后，選擇擬合AB值或僅擬合B值，數據越多越會接近真實值(輸入數據后要通過觀察，放棄一些線性關系不好的數據，一般數據都會集中在線的兩側)。如果測量誤差不大，根據測量公式調節B值。

式中：

Ad%—測量灰分;

A—斜率;

B—截距;

K—計數。

在調節參數時有可能會出現越調越亂的情況，這就需要重新設定參數，按照第1、2項進行系統性的比對了。儀器的測量精度以均方根誤差來計算。

3．4 日常操作規程

每天查看一次標準塊灰分曲線，注意標準塊灰分曲線是否有較大的波動，如有變化，首先查看標準塊和放射源鉛罐的上表面是否有積煤，若有，需清除積煤。查看軟件界面所顯示的“探測信號狀態評估”是否提示為“正?！?。查看軟件界面所顯示的“探測箱加熱狀態”是否為間歇加熱狀態。定期對計算機、數據轉換器等部件進行檢查，以免積灰，損壞電器設備。要經常備份，以防計算機系統或硬盤損壞，數據丟失。每3個月進行1次傳送帶刻度(空轉5～8圈)。

皮帶如果更換、修補，都要重新進行皮帶刻度 。要經常備份，以防計算機系統或硬盤損壞，數據丟失。一般要求每月備份1次(月初或月末)。

3．5 設備保養

在線測灰儀屬高科技精密儀器設備，要求安排專人管理。不得用水沖洗設備，外部應用塑料布包上，灰分儀后背箱、探測器箱應防水、防塵。每半年應對工控機內部進行一次干風除塵 。設備沒有問題時，不要退出 WINDOWS系統，以免損壞程序。查看軟件界面所顯示的“探測信號狀態評估”是否提示為“正?！?。查看軟件界面所顯示的“探測箱加熱狀態”是否為間歇加熱狀態。對設備必須持續供電，長時間不使用時，可關閉顯示器，但要保證測灰儀持續供電。每個月進行一次傳送帶刻度，修補后要重新進行皮帶刻度。隨時查看放射源鉛罐的牢固性，以防丟失。

3．6 安全問題

現實生活中人們要接受宇宙的天然性輻射，一般人們承受的本底輻射劑量有2 mSv/a，《放射衛生防護基本標準》規定從事放射性工作所承受的劑量當量是每年20 mSv/a。按照以上標準規定，測灰儀的輻射是在安全范圍。

一年365天，每天緊靠鉛罐7 h才會達到限值水平。測灰儀運行不需要緊靠鉛罐，所以，能接受到的輻射，最多只是增加與天然本地相近的附加劑量，是非常安全的。

測灰儀所使用的镅和銫源屬于低、中能量的，很容易屏蔽，所以在使用中是很安全的。

測灰儀的輻射估算：與放射源距離(每天停留1 h) 所受劑量

4 結語

測灰儀直接對傳送帶上的散煤作在線測量，不需要采樣、破碎、制樣等工序，大大減少了勞動力。測灰儀不直接測量，所以不影響輸送帶的運行，即不影響生產。另外，根據灰分顯示情況能隨時指導生產，保證產品質量。測灰儀在生產使用過程中要正確操作和做好日常維護管理至關重要。