NGAM-2008天然射線灰分儀在高陽選煤廠壓濾煤泥灰分檢測中的應用

王亞周

(山西焦煤汾西礦業集團，山西 孝義 032300)

選煤生產出來的產品主要有精煤、中煤、煤泥及矸石。由于選煤生產過程是一個連續且不可逆轉的過程，因此必須保證各產品的一次性合格。在選煤生產中，大多數情況下是對精煤產品進行灰分檢測(保精煤)，而煤泥和矸石作為高灰分的產品一般情況下已無再利用的價值，對其質量檢測往往不是很重視。但是，生產中的操作不當、工人疏忽、藥劑變化或煤質突變時，均會使煤泥或矸石灰分降低，導致精煤損失。因此，對煤泥或矸石灰分進行實時檢測與反饋，保證其質量合格，不僅可以最大程度地減少企業經濟損失，同時還可為崗位操作提供指導。

1 概述

汾西礦業集團高陽選煤廠是高陽礦井的配套選煤廠，入選原煤全部由高陽礦井供給，入選能力為6.00 Mt/a，洗選工藝采用預先脫泥有壓重介旋流器分選-粗煤泥分選-浮選-壓濾的聯合工藝流程。在壓濾作業環節，壓濾煤泥灰分采用人工采樣、化驗的方法測定，存在人工誤差大、間隔時間長，不能及時、連續地反映生產情況的缺點，無法有效指導浮選生產操作。為此，選煤廠購置了NGAM-2008天然射線灰分儀用于壓濾煤泥灰分的在線檢測。

2 NGAM-2008天然射線灰分儀

2.1 結構

NAGM-2008天然射線灰分儀屬于非接觸式在線檢測設備，適合安裝在膠帶輸送機、裝料機及升降機皮帶上。灰分儀采用模塊化設計，由γ射線探測器、環境輻射屏蔽罩及其支架、現場操作儀表、遠端監控計算機及一臺高精度煤流負荷稱重裝置組成(圖1)，其中：γ射線探測器是灰分儀的核心部件，用于探測膠帶上煤泥發出的天然γ射線；環境輻射屏蔽體用來屏蔽環境射線等因素的干擾，降低環境本底；高精度煤流負荷稱重裝置可實時監測煤泥負荷參數，補償煤泥量變化對測量結果的影響；現場操作儀表負責將探測器與稱重裝置的原始測量信號處理后上傳；遠端監控計算機則根據校準參數解析信號計算灰分[1-3]。

2.2 工作原理

射線在自然界中普遍存在，天然放射性元素可以看作是一些小的放射源，當它們發射的天然γ射線與周圍物質(如煤中的礦物質和有機質)相互作用時，天然γ射線的能量就向低能方向聚集，從而形成“低能峰”。這種“低能峰”的形狀和計數與煤的成分有關，利用這一信息，就可以對煤的灰分進行快速檢測[4-6]。

1—環境輻射屏蔽體;2—上皮帶;3—γ射線探測器;4—支架;5—下皮帶;6—分析儀

NGAM-2008天然射線灰分儀即是利用了上述檢測原理。為了避免外部環境因素對檢測結果的影響，灰分儀設置了環境輻射屏蔽體，可有效屏蔽90%以上的環境γ射線，降低了本底信號的影響[7-9]。NGAM-2008天然射線灰分儀采用高性能的γ探測器探測出煤流自身的天然γ射線信號，采用高精度稱重裝置探測出煤流質量信號，再經過一系列反推運算，即可得出煤流灰分[10-12]。

2.3 技術特點

NAGM-2008天然射線灰分儀技術特點為：

(1)無放射源。沒有輻射安全隱患，更安全，可簡化現場管理，不存在與放射源有關的任何管理，運行成本低。

(2)實時性強。可測得最短10 s區間內的有效灰分，遠優于有源灰分儀的實時性。

(3)適應性強。與有源灰分儀相比，NAGM-2008天然射線灰分儀對灰分上限無限制，對煤流量(面密度)無限制，既適用于普通膠帶機，又可用于鋼絲帶上煤灰分測量。

(4)安裝簡單。模塊化設計，安裝簡便易行。

2.4 主要技術參數

(1) 灰分測量精度(標準偏差)：當煤炭灰分≤15%時，優于0.5%；當煤炭灰分為15%～30%時，優于1.5%；當煤炭灰分>30%時，優于2.5%[13-15]。鑒于煤泥壓濾機卸料不均衡、不連續的特點，將本次應用標準偏差調整為優于3.0%。

(2)產量計量精度：0.5級。

(3)測量穩定性：同一煤種連續工作24 h變異系數<0.5%。

(4)單次測量時間：10～1 000 s。

3 應用效果

3.1 檢測效果評價

高陽選煤廠日處理原煤約1.8萬t，生產煤泥約900 t，年產煤泥約30萬t。歷年來煤泥灰分在63 %左右。高陽選煤廠煤泥運輸工藝流程(圖2)為：壓濾煤泥可由720#、721#、722#煤泥膠帶機轉載至煤泥堆場外銷；當沒有銷路時，煤泥通過720#膠帶機轉載到711#矸石膠帶機，運輸到矸石山棄置。

圖2 高陽選煤廠煤泥運輸工藝流程

2017年3月，高陽選煤廠先在722#煤泥膠帶機(帶速1.60 m/s)安裝了一臺NAGM-2008天然射線灰分儀。該灰分儀于2017年7月調試完畢，取連續10日的灰分儀測定值與采樣化驗數據進行對比(表1)，結果表明：灰分儀誤差波動范圍為-2.49%～2.41%，平均絕對差值為1.63%，低于3.0%，可見灰分儀測量結果達到了高陽選煤廠的技術指標要求，且誤差小，從而表明NAGM-2008天然射線灰分儀可以在煤泥膠帶上正常使用，完全能夠滿足生產監控的需求。

表1 722#膠帶機灰分儀測定值與化驗數據對比

3.2 不同帶速條件下的檢測效果

722#煤泥膠帶機試驗達到要求后，2017年10月，高陽選煤廠又在711#矸石膠帶機(帶速3.15 m/s)安裝了一臺NAGM-2008天然射線灰分儀。NAGM-2008天然射線灰分儀測定的灰分數據見表2。

表2 711#膠帶機灰分儀測定值與化驗數據對比Table 2 Comparison of measured and analytical ash values at the 711# belt of transfer conveyor

由表2可見，布置在711#矸石膠帶機上的灰分儀測定結果誤差波動范圍為-2.71%～2.66%，平均絕對差值1.88%，雖然高于722#膠帶機的測量結果，但仍然低于3.0%，達到了高陽選煤廠的技術指標要求。

通過對兩臺NAGM-2008天線射線灰分儀近3個月檢測數據的對比，發現膠帶運行速度是灰分儀測定結果的影響因素，膠帶速度增大，測定結果的波動范圍也隨之增大。分析灰分儀測量隨機誤差變大的主要原因是：壓濾后的待測煤泥經刮板輸送機卸落在輸送膠帶上，由于其形態不固定，空間分布不連續、不均勻，帶速越快，煤泥通過灰分儀探測區的時間越短，因此導致灰分儀探測煤泥射線信號的統計漲落變大。該誤差變化可通過調整天然射線灰分儀的采樣頻率、測量周期等參數得到改善。囿于目前工藝條件的限制，如果可以解決煤泥易堵的問題，改變煤泥輸送流程，增加緩沖和轉載環節，使煤泥在膠帶上的分布形態更均勻、持續，天然射線灰分儀對煤泥的檢測精度會更高。

4 結語

NAGM-2008天然射線灰分儀在高陽選煤廠壓濾系統煤泥灰分在線檢測中的應用實踐表明，該灰分儀可連續測定煤泥灰分，能夠及時、準確地反映壓濾煤泥灰分情況，對浮選系統操作具有指導意義。由于檢測物料是塊狀、堆狀且隨機斷續的煤泥，因此膠帶速度會對灰分儀測定結果產生一定影響，膠帶速度增大，測定結果的波動范圍也隨之增大，這有待于今后采取相應措施，逐步完善檢測工藝技術，從而獲得更好的檢測結果。

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