TG800快速工業分析儀結構及煤質快速檢測技術

謝文靜

安徽新源熱電有限公司，安徽 蚌埠 233000

0 引言

煤礦資源想要交給客戶使用的前提就是從礦井中采集出來由熱電廠進一步處理之后才可以。處理工藝的選擇取決于煤礦資源的來源，所以得出的煤炭質量也大不相同，煤炭的質量等級確定需要通過熱電廠進行判斷。煤質檢測結果出來之后，選煤的工藝可以由熱電廠進行調整，從而將生產質量提高。除此之外，根據客戶的需求將煤炭劃分為不同的等級，極限使用煤炭，近期，由于煤炭在市場上的需求量逐漸增大，煤廠的生產效率也隨之提高，就需要大幅度的提升煤質檢驗的質量和效率。根據市場需求，大多數的熱電廠選擇使用快速檢測煤質的技術。檢測技術使用該種新型煤質，從而對煤炭質量的檢測可以及時準確且高效的解決，所以可以對該技術進行有效的推廣。

1 工程概況

某大型熱電廠的鍋爐出力為220t/h，排煙溫度160℃，過熱蒸汽壓力9.8MPa，熱風溫度229℃，過熱蒸汽溫度540℃，鍋爐計算效率為92.58%，給水溫度215℃，燃料耗量為15.7t/h，冷風溫度20℃，爐膛出口溫度1207℃，爐膛容積熱強度為0.27MW/砰，燃燒器為8只平流式調風燃燒器，分上下兩排布置于爐前墻。由于目前存在檢測不準和煤質波動的問題，所以煤裝車的合格率相對比較低，從而對該熱電廠的經濟效益產生一定影響。

2 存在的問題及原因分析

（1）煤炭賦存的狀態因為成煤的環境和條件發生差異。礦井施工時，煤質的差異來源于不同的采區和不同的煤層。并且隨之會對其有影響的原因還有工作循環精度的不同，工作面在每一個時間段內都是不同的，也有很大波動的出煤量，導致沒有均勻的出煤質量和數量從井口出來，所以波動比較大的就是毛煤熱值，以至于有大約600ca1/g的點樣波動值。

（2）首先確定運輸車間產品的化驗結果，但是并不能準確得出配煤結果。如今有700萬t/a的原煤需要通過熱電廠系統清洗。設計能力也超過了500萬t/a，從而導致產品存儲和化驗結果沒辦法讓運銷車間掌握，也就出現了盲裝現象，從而影響了配煤的下一車裝車。

（3）落后的煤質檢驗方式，波動比較大的煤質檢測時沒有辦法適應。生產和裝車過程中采樣選用的方式是在膠帶機中用自動采樣器進行，送至實驗室進行常規化驗，需要在1～2h之內將生產和裝車的點樣結果報出，再過1～2h才會確定檢測結果。

上述問題的存在會導致裝車的商品煤質量沒有保證，從而導致商品煤目標的熱值比出熱值低了很多，導致很多的熱值被浪費，另外有所影響的還有準2的優質煤配比，會導致品牌有不好的影響，且有一定的經濟損失。經過了解一種快速檢測煤質的新型產品被某公司開發，為了快速解決煤質檢測問題，熱電廠決定將使用TG800快速工業分析儀進行煤質檢測工作。

3 TG800快速工業分析儀結構及原理分析

圖1是該儀器的示意圖。如下幾個模塊是該設備包含的內容：①測試水分單元；②測試灰分模塊；③測試揮發分模塊。通過相對應的檢測技術，對灰分和水分的揮發程度做出檢測。模塊檢測的過程中基本組件相同，傳感器和加熱爐組件不同，簡單介紹水分測試的各個模塊，示意圖如圖2所示。

圖1 測試方法結構連接示意圖

圖2 水分測試模塊結構示意圖

第一步是在第一加熱爐進行水分測試工作原理中的加熱，然后選用第一天平完成樣品的稱重實驗。將樣品放置于水分增竭內，將第一天平放在第一升降平臺下面，將水分增竭設置在第一送樣盤結構處。在第一天平支架的位置設置第一樣桿，第一升降平臺的傳輸動力是通過第一電機提供的，完成上升下降，從而保證水分增竭發生在第一加熱爐內。另外，在第一加熱爐內安設溫度傳感器，從而將加熱爐的溫度變化檢測出來。

加熱爐組件、對應的升降平臺、天平、放樣盤機構、送樣桿以及增竭等都屬于快速工業分析儀測試的模塊，并且需要將送樣桿安裝在天平支架上面，將加熱爐組件設置在升降平臺上，在對應的模塊中設置獨立的傳感器，用來測試揮發分、水分以及灰分，一個模塊負責一個測試。使用不同的低溫爐進行水分測試，而灰分和揮發分的測試是憑借高溫爐。除此之外，低溫爐內沒有穿過送樣桿，就不需要再進行低溫爐改造，不需要對低溫爐進行穿孔，所以有較好的密封性，能夠將檢測精確度提高。

啟動檢測系統之后要初始化系統，保證在設置都是零的情況下系統可以正常運行。水分檢測傳感器可以對煤炭中的水分進行檢測、取得數值，煤炭中的阻抗值測試用插式傳感器完成。然后分析處理檢測信號，得到煤炭的最終檢測結果，并且完成數據的顯示和保存，循環整個操作步驟，完成煤炭的持續性檢測。煤質的快速檢測系統是通過模塊化設計來完成的，信息數據在不同的模塊之間傳遞，完全是屬于獨立的功能，無論是哪一個模塊出現了問題，只需要維修這一個模塊，因此無論是后期進行保養還是維修都較為方便，維護保養的成本也降低了很多。

揮發分、灰分以及水分這三個指標的測試都是通過該系統，選取三個指標中的最大值時間進行測試。通過測試可知，在20min之內的時間測試和傳統測試比較縮小一半。

4 煤質快速檢測技術

煤質傳統的線下化驗結果和快速檢測系統的灰分測量結果有一定的差異存在，但是差異比較小，從整體吻合情況來看，測量值和化驗值基本吻合，相對比較準確的結果是快速檢測系統得到的。如果該系統是在線檢測系統，那么就會產生一定的誤差，短時間內對樣品進行檢測，在實踐過程中需要10～20s的樣品檢測時間。進一步進行化驗精度的提升，可以選擇將樣品檢測時間適當加長，但是這樣做會對檢測系統的工作效率造成影響。因此熱電廠需要根據實際情況完成測試時間的設置，確保平衡。由此可得，熱電廠應當選擇快速檢測系統進行煤質的檢測工作，才能有更好的應用效果，大幅度提高煤質檢驗的精度和效率，從而將單點裝車的合格率提高，給熱電廠提供良好的經濟效益，使技術人員一致認可該技術。

4.1 安裝檢測位置的選擇與確定

首先將TG800快速工業分析檢測儀設備引進，其次完成安裝檢測試驗。通過分析考察，制定了以下三種取樣安裝檢測的方式。

（1）安裝檢驗設備需要通過末煤膠帶中部的采樣機把料膠帶上，進行縮分和破碎采集的煤樣之后，檢測過程中選用快速工業分析儀進行。經過動態測試和靜態測試對比試驗得知，測量值和化驗值出現比較大的誤差，不適合使用。

（2）在裝車膠帶端部采樣機上安裝檢驗設備，首先進行二次采樣和破碎之后再檢測。經過動態測試和靜態測試對比試驗得知，測量值和化驗值出現比較大的誤差，不適合使用。

使用上述兩個檢測方式進行檢測發現誤差比較大，對原因進行分析，有可能是因為周期比較長、頻率比較低，因此產生了第三套方案。

（3）取樣試驗的完成是將檢驗設備安裝在采樣機棄樣端。經過動態測試和靜態測試對比試驗得知，測量值和化驗值的誤差比較小，所以工業試驗可以選用這種安裝方法進行。

4.2 裝車站裝車膠帶采樣機棄樣端實踐應用

皮帶端部的采樣機完成采樣工作，從而可以有效提高采樣頻率，周期為55s，約有75kg的棄樣量，將溜槽棄樣安裝在裝車緩沖倉內。

4.2.1 新型煤質檢測設備的安裝

溜槽裝置和小膠帶增設在皮帶運輸上，緩沖倉中順利落入采樣后的棄樣；將煤流成形裝置設置在小膠帶上，與此同時檢測設備的安裝空間需要預留；選用變頻驅動小膠帶，穩定的保證小膠帶運行、啟動和停止，從而滿足其檢驗測量的標準。調整TG800快速工業檢測儀的位置完成安裝工作，使用于運銷車間。

4.2.2 檢測結果對比分析

通過該儀器的檢測和化驗的結果對比，得出靜態煤樣數據，如圖3所示。

圖3 靜態煤樣數據

測量數據見表1。

由表1可得，數值差距比較小的是實驗室化驗熱值和裝車灰分儀，且數值測量結果處于理想狀態。

表1 運銷車間裝車灰分儀熱值與實驗室化驗值對比分析（熱值單位：cal/g）

4.2.3 運銷車間裝車合格率分析

通過TG800快速工業分析儀在運銷車間的使用進行前后數值的比較。在使用了該儀器之后，合格率由之前的70.5%提到了89.9%，比沒使用之前提高了19.4%，促使屯2至屯4的煤熱值節省了130kcal/kg。所以通過描述可斷定運銷車間的裝車合格率通過TG800快速工業分析設備明顯提高。

（1）以下是動態灰分測量誤差比較大的原因。①煤樣測量過程中時間比較短。雖然根據1h的數據進行比較，但是實際測量過程中設備只能測量幾十秒到一百多秒，所以有較大的誤差量。采樣機選用15min一次的采樣頻率在該處采樣，只能進行4次采樣，由于沒有較大的輸煤量膠帶，所以采樣過程中采樣量不宜過大，通過破碎和采樣之后，煤樣落入小膠帶，從而達到檢測標準，且通過檢測設備的時間是10～20s。②小膠帶煤樣進行二次采樣之前需要對煤樣進行化驗，因為少次數的采樣，所以小膠帶上的剩余煤樣和其之間有一定的差異性。③會有化驗和制樣的誤差存在。

（2）解決方式。①降低采樣機小膠帶速度，與此同時提高單次采樣時間，通過該儀器對煤炭是否存在于膠帶上進行判斷，若有接口，提高測量時間可以通過小膠帶的停止或運行完成。②增加其長度，選擇更好的煤流成形裝置進行安裝。③提高采樣機使用頻率，由最初的15min減少為5min或者是更短的時間，這樣的操作不僅僅可以將設備測量煤樣的時間增加，還可以提高數據的輸出頻率，時間的改變更加便于生產的指導工作。

4.3 新型煤質檢測設備的防護與管理

4.3.1 新型煤質檢測設備的防護

選用多能人工射線吸收法作為新型煤質檢測設備的方式，射線源來源于射線裝置，發射的射線有x射線，和放射源有所不同，將該裝置的電壓關閉之后，沒有任何射線輸出。雖然可以輸出射線的有放射源以及射線裝置，但是其管理方式不同，和雙能量伽馬射線灰分儀進行比較，該設備低了許多，所以很容易就屏蔽了該射線，想要完全屏蔽該射線只需要3～4mm的鋼板，所以設備的外部，只能檢測到環境本底，并不能將射線裝置發射的射線進行檢測。

4.3.2 新型煤質檢測設備的管理

根據《GB18871-2002電離輻射防護與輻射源安全基本標準》的有關規定，豁免水平如下：①在進行正常操作運行時，距離設備任何一個表面距離為10cm時，可能出現的定向劑和周圍劑量當量率沒有大于1μSv/h；②最大只有5keV的輻射能量產生。

在設備的表面10cm地方能引起的劑量當量率幾乎是0，能測量的位置只有環境的本底，并低于0.1μSv/h，由此可知該設備屬于豁免的設備。并且無論是什么狀態下的放射源和射線裝置，都不用環保部門進行射線裝置回收，也不用擔心放射源丟失后需要承擔什么責任。

5 結語

通過現場2a的試用，表明該新型檢測設備可以對配煤裝車進行穩定的指導工作了。以下是對本文所做試驗的總結。

（1）裝車系統的時間段不同合格率不同，可以通過數據統計縱向對比可知，新型煤質檢測設備使用過程中，有82.25%的合格率，相比之前提高了29%，減少近100cal/g左右各煤種熱值浪費，理論上來說，可以提高12%在準2的比例上。對一、二系統不同時間的裝車合格率進行橫向對比，精準裝車工作進行時，大幅度改善兩套系統的合格率，并且將裝車一系統提高了12%在，將裝車二系統提高了6.71%，兩個系統相比較差6%，可知選用煤質檢測設備的選擇不同效率不同，新型設備效率明顯提高。

（2）使用新型煤質檢測設備時，對熱電廠生產過程中的發熱量和產品的灰分以及各個環節進行了監測，從而可以對產品質量進行有效的控制，降低勞動力的同時還能提高效率，除此之外還能提高產品管理水平。

（3）隨著科技的不斷進步，熱電廠大多選用了自動采集功能進行各個環節的信息提取，對熱電廠生產效率的核查和指導生產以及產品質量檢驗都能用煤質數據作為依據，如果可以有效地解決自動化采集問題，就能將生產過程中采集的大量數據利用，按照大數據技術，智能化生產在熱電廠中的應用就可以逐漸實現。因為該類型設備的數據可以準確測量，不運用放射源時安裝也較為簡單，與其他方式相比較，其優勢較為突出，適合推廣使用。