中子活化分析技術在煤質在線檢測中的應用

張 偉，李存磊，劉建龍，宋 雨，修 蕾

（1.丹東東方測控技術股份有限公司，遼寧 丹東 118000；2.遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

0 引言

作為水泥生產中最為重要的原料及燃料，煤炭質量的高低將直接影響著水泥熟料的品質及水泥熟料生產成本，因此，加強入廠煤質檢測至關重要[1]。水泥廠在入煤過程中，常采用皮帶機或汽車運輸，煤質檢測通常由現場人員進行傳統的采樣、制樣、檢測程序進行測定。每新入一批煤炭，在完成卸煤前，檢測人員都需要經過現場采樣、制樣及分析，了解煤炭品質。但這種檢測方法存在明顯不足，如采樣少、檢測結果代表性差、檢測結果受任務干擾影響大、分析結果滯后等，對原煤入廠質量控制及堆放、配煤指導不利。

伴隨著近年來相關檢測技術的不斷更新，中子活化旁線煤質分析儀被研發出來，并在水泥生產企業的入煤品質檢測中獲得廣泛應用，其較高測量準確度及適應性獲得了業內人士的高度好評。應用中子活化旁線煤質分析儀進行入廠煤品質檢測時，其總體方案是在煤炭入廠前，依據進場車次進行自動化取樣、制樣及檢測，整個工程僅需15min 左右，從而生產人員能夠準確、及時掌握煤質變化情況，為提升企業效益提供了重要指導。

1 煤質在線檢測技術發展與對比

1.1 煤質在線檢測技術發展

20 世紀80 年代初，德國、美國工業大國為有效促進本國工業技術發展，相繼開展了大量煤質在線檢測技術研究，例如，德國Berthold 公司在20 世紀80 年代末結合微波測試技術及雙能量γ 透射測量灰分技術優勢，研發出中子活化元素分析技術，這一技術在煤質檢測應用中獲得了較高的效果。此后，隨著市場需求的二進一步擴大，煤質檢測技術也獲得了空前發展，各廠家持續加大了檢測技術及設備更新與改進，目前，市面上已涌現出各種功能的煤質在線檢測技術，且在應用實踐中獲得較好評價。

我國對于煤質在線檢測技術的研究始于20 世紀90 年代初，經過數十年的研究與發展，相加研發出了雙能量在線灰分測量儀、微波水分儀、中子活化型的煤質分析儀、X 射線煤質分析儀等高科技煤質在線檢測設備，種種設備及技術均實現國際煤質在線檢測技術趕超，為提升煤質檢測效益提供了基礎。

1.2 不同煤質在線檢測技術對比

目前，市面上所存在的煤質在線檢測技術主要分為分元素型和單一指標型兩種，元素型檢測技術主要包含中子活化分析技術、X 熒光分析技術及激光誘導擊穿光譜技術等；而單一指標型技術則主要包含雙能量透射灰分檢測技術、天然γ 射線灰分測量技術、X 射線吸收技術等。各種類型檢測技術優勢明顯，均在水泥生產企業日常生產中發揮出了巨大作用。

2 中子活化煤質在線分析技術的應用

2.1 采樣機

2.1.1 皮帶中部采樣機

對于采用皮帶機進行運煤的企業，在煤質檢測中的采樣環節采用的皮帶機中補采樣機進行自動采煤。采樣后經初步破碎，被送入分析儀儲料倉，然后分析儀對煤炭中的各項工業指標進行檢測，檢測完成回料被送入煤流，實現回收利用，極大地降低了煤炭資源浪費。

2.1.2 橋式汽車采樣機

橋式汽車采樣機主要是應用于用汽車運煤的企業采樣環節中。采樣過程中，采樣機按照入廠車衣依次自動化采樣，采樣完成后初步破碎，然后被送入分析儀，檢測完成后，部分樣品留存，剩余樣品送回車廂，運入廠內使用。

2.2 中子活化旁線煤質分析儀

目前，國內水泥廠、選煤廠在看展煤質在線檢測過程中，應用最多的技術就是中子活化技術，在該技術應用中，核心設備是DF-5703（B）中子活化旁線煤質分析儀。從結構上看，該設備主要由中子源、探測器、信號處理箱、馬達控制箱、主機、入煤斗、滾筒護罩及槽鋼支架等構件組成，其內部設有密度計及微波水分儀。

理論上，該技術是基于PGNAA 技術基礎，經現場應用實踐及不斷改進、優化而成，它可以代替傳統的分析方法，分析過程迅速。分析過程中，采樣系統先進行自動化采樣，然后再將樣品送入分析儀進行檢測，從而獲得準確的元素指標情況。該分析技術及設備具備精度高、測量時間短等優勢，可滿足選煤廠煤質在線檢測高精度標準。

2.3 應用案例分析

某水廠入煤采用汽車榆樹方式，所以在線檢測系統采用橋式汽車采樣機、煤炭在線實時分析儀、留樣棄煤處理等3 個模塊構成。該系統可實現車輛采樣、在線分析、煤質數據庫實時傳遞自動化，系統結構如圖1 所示。

圖1 系統結構

2.3.1 主要優勢

（1）該技術工藝在應用實踐中具備勞動強度低，自動化水平高等優勢，因此受到業內廣泛好評；除此之外，它還具備了受外界客觀因素影響小，如檢測人員操作因素、環境因素等，分析結果非常精確、客觀。

（2）操作簡捷。按入廠車次進行檢測，操作較為簡捷，可最大限度地保障煤質在線檢測結果的準確性與實時性。

（3）實現煤質工業指標波動大等條件下的精準監測。該分析儀可對煤質各項工業質變進行監測，如灰分、水分、硫含量及煤品種SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等氧化物含量等。

（4）為煤場對進廠煤進行分類堆放提供指導，減少了優質煤的浪費，節約了直接成本。

（3）完成煤質大部分工業指標波動情況監測。該分析儀可對煤質各項工業質變進行監測，如灰分、水分、硫含量、熱值及煤品種SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等氧化物含量等。

2.3.2 測量精度

為了解DF-5703（B）中子活化旁線煤質分析儀在應用實踐中原煤內各種測量指標精度情況，筆者采用橋式汽車取樣器依次對入廠的50 運煤車進行取樣，并借助DF-5703（B）設備對入選50 組樣品進行實驗室分析，如圖2、圖3 所示。

圖2 灰分測量結果對比

圖3 水分測量結果對比

結合各組數據各自工業指標，通過對其灰分、水分、硫含量、熱值測量，發現誤差僅為0.45%、0.32%、0.05%、284.2kJ/kg。充分說明了中子活化旁線煤質分析系統具備較高的測量精度，同時輔以橋式汽車取樣器，可有效實現入廠煤質的質量控制。

3 結語

（1）檢測結果較為精準。不論是原煤采樣機還是分煤種采樣機，均可在應用過程中對原煤進行全面采樣，不僅保證了采樣的代表性，還能有效保證檢測數據的準確性，為煤場選煤工作提供了有力參考。

（2）減少采制樣人員配備。自動采樣系統的應用，可在選煤廠生產過程中高效完成原煤初檢，檢測單位無須安排專人在系統內進行制樣，僅依靠樣品化驗前制備即可，極大地節約了人力成本。

（3）減少棄樣浪費。由于該分析裝置安裝于選煤系統之中，檢測之后的棄樣可直接回收利用，不存在大量煤資源浪費，直接提升了企業經濟效益。

（4）煤質穩定。在線檢測系統投入運行后，能對入倉煤品進行實時監測。當煤質出現大幅度波動時，檢測系統可及時進行入洗率和分選參數調整，保證了煤質穩定性，同時也避免了商品煤質量過剩情況。

總而言之，在選煤廠水泥廠日常生產中，加強煤質在線檢測不僅能保證企業生產效益，還能有效減少優質煤浪費情況，直接提升了企業整體利益。本文基于中子活化旁線煤質分析技術及相關設備應用分析，為各企業全面、客觀檢測原煤及商品煤提供了技術指導。