灰分仪--200706080109 李文国

灰分仪调研报告

一、应用现状

我国是世界上规模最大的煤炭生产国，年产量达10亿吨以上，煤炭是我国的主要能源和重要化工原料。显然，提高煤炭的利用效率对发展我国的国民经济意义重大。

煤灰分是煤在一定温度下充分、完全灼烧后，氧化物残渣所占的质量分数（即重量百分比）。煤灰分与煤的发热量密切相关，为提高煤的利用效率，必须严格控制煤产品的灰分。

传统测灰分的方法是灼烧化验法。一般设配是马弗炉，但由于工序复杂、结果滞后时间长，不能适应煤产品质量控制要求，当实验结果得出时，煤可能已经生产入库或被灼烧掉，因此，不能对生产和使用起到快速监控作用。

现在普遍使用的是利用核物理方法工作的煤质分析仪，技术上与传统方法相比有了极大的提升。核分析技术与计算机相结合，灰分测量系统用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分、进行在线检测、计量和控制。用来控制选煤和配煤，以便最大限度地利用优质煤源，满足质量规范要求，减少交货煤质的差异性，控制灰熔点，并提高选煤厂的效率，进而提高企业效益。

二、测量原理

煤的组成极为复杂，但根据其元素分析，煤可分为两部分，一是以碳为代表的低原子序数元素；一是以硅为代表的高原子序数元素。而煤灰主要由煤中高原子序数元素的氧化物组成（硫除外）。采用双能透射法测量灰分，即利用两种可放射不同能量射线的放射源来构成“双透射通道”，来进行测量。

对低能射线，煤中各元素的质量衰减系数各不相同，随着原子序数的增大而增加；而对中能射线，煤中各种元素的质量衰减系数基本相等。第一透射通道是241Am放射源发出的γ射线能量较低(59.5kev)，物质的原子序数越大，对241Am 放射的γ射线的吸收越强（穿透煤被探测器探测到的γ射线越少），而煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大，因此，煤中的灰分含量越高，穿过煤的γ（241Am）射线越少，同时，灰分对241Amγ射线的衰减还与煤的厚度有关，不能单从低能γ（241Am）射线的衰减完全确定煤中灰分的含量。因此，采用了第二通道。第

二透射通道是利用放射较高能量γ射线的放射源137Cs(661.7kev)来进行透射测量，因为煤本身和灰分对137Csγ的吸收基本一样，因此，穿过煤后的137Cs γ信号就只与煤的厚度有关。因此，从中能量γ射线的强度变化可以反映出煤的厚度，以此可以修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化，而利用修正后的低能射线的衰减可求出煤中高原子序数元素的含量，从而求出煤灰分。用低能和中能两种射线透射同一煤层，经理论推导可得：

Ca = [A（lnI

0-LnI）/（lnj

-lnj）]+B

其中，C a为测量煤样的灰分值，I、I0分别为有和无煤情况下低能γ的强度；J、J

分别为有和无煤情况下中能量γ的强度，A、B是与煤炭组成有关的常数。

在放射源活度和机械结构一定的情况下，J

０、I

和是可以预先确定的常数，由上

式可知，只要测量出I和J，就可求出煤灰分。

图一灰分仪测量原理示意图

图二测量方案示意图

三、仪器种类及结构组成

通过搜索，网上的灰分仪种类比较多，而且不同公司的型号也不同，但原理大致是一样的。在此只简单罗列几种。

（1）非同位素在线灰水热值仪RODOS

RODOS在线灰水热值仪是一种用于对皮带运输机上的硬煤或褐煤中的灰分和水分进行在线监测的先进设备，并具有高度的操作安全性。

此灰分仪结构主要由两个基本单元组成：

a、测量单元

安装在皮带下方的带有测量头的机械装置；

带微处理器的电子模块；

皮带秤；

显示屏；

b、数据处理单元

显示当前测量结果；

采集测量数据；

显示指定时间的历史数据；

生成数据报表；

（2）SMT－410煤灰分测量系统 ( 在线 )

SMT－410灰分仪是一个以微处理机为核心的在线测量系统，用于煤炭灰分的快速测量。灰分仪可以直接安装在传送皮带或溜槽上。被测物料与传输皮带或溜槽壁一起被射线穿透，这种非接触型的测量能分析全部被测物料，以保证有代表性的测量。

a、系统组成

主要由探头、放射源、可旋转C型架、变送器、19 寸标准机柜、工控机（含彩喷打印机）等组成。

b、主要技术指标

煤灰分测试精度：

±0.5wt% 精煤

±1.0wt% 低灰分原煤

±2.0wt% 高灰分原煤

皮带宽度、速度不限

c、主要功能

显示系统运行参数；

显示评价系统稳定性的参数；

显示记录灰分仪测试数据及相关数据；

查询：不同车号、不同煤种、不同产地的灰分值；

打印：不同车号、不同时间、不同产地的报表等；

可以实现 Internet 或 Intranet 网络数据共享；

d、主要特点

采用双光子测量原理，测量灰分速度快（ 4-5 分钟）；

独特的采样系统，对全部物料均匀测量，代表性强；

仪器操作简单，安全可靠；

各种记录完备，便于查询；

非接触实时测量，方便快捷；

系统结构简单，性能价格比高；

仪器具有漂移自动补偿功能，稳定性好；

（3）LB420灰分测量系统

a、系统组成

带屏蔽的放射源（2个，241Am和137Cs）；

闪烁探测器（2个,分别与241Am和137Cs构成两路测量通道，结果输入主机）；

连接电缆；

加保护罩的LB 420主机；

b、系统特点

在线非接触测量，无需取样，连续快速测量灰分含量，测量传感器不会结料，不会产生机械磨损；

测量值准确可靠：采用透射式测量，测量、标定均与皮带负荷、堆密度的变化无关。测量精度高，结果具有代表性。具有衰减及漂移自动补偿，长期稳定性佳；安装简单：可直接安装在主皮带或已有的样品检验系统上，需要空间极小；

测量简单易行：对话操作方式，软件帮助标定，数字信号输入输出，可存储4种煤的标定数据；

扩展性能强大：可选配RS-232接口，将数据传到电脑，进行记录、分析；

四、优缺点

a、优点

采用双γ射线穿透法，能消除煤的疏松度、粒度等因素的影响；

快速测出煤的灰分和发热量；

实现快速煤质在线分析测量；

所用的放射性元素具有能级低、使用时间长、剂量小等特点；

可实现非接触式测量；

与传统方法相比，测量精度高；

b、不足

在煤炭灰分成分范围变化或湿度变化较大时，双能γ射线法测量的精度较低，某些技术方面还要进一步改进。