煤质在线监测方法研究

煤质在线监测方法研究

[摘要]本文结合屯兰选煤厂实际简要介绍了煤质分析的内容，阐述了煤质在线监测技术的现状和煤质在线监测仪器应用中存在的问题及解决途径，并探讨了近红外线检测技术应用于煤质在线分析的测量原理。

【关键词】煤质分析；在线监测；近红外线；光谱

长期以来，由于煤炭是我国重要的基础能源。采用先进、快速的煤质分析测试手段，特别是开发有效的实时检测系统，使检测结果指导锅炉燃烧，成为煤炭检测技术发展的方向。屯兰选煤厂2002年10月31日正式投产。洗选工艺采用无压重介三产品旋流器选煤。在煤质化验设备上引用了澳大利亚的在线测灰仪和德国、瑞士的电子天平，从而形成了可靠的质量检测和保证体系。

1、工业分析和元素分析是对煤质进行分析的主要内容

工业分析含有对于灰分、水分、挥发成分以及固定碳进行分析；元素分析含有对于碳、氧、氢、氮硫等元素进行分析。依据工业分析，对于煤的性质以及特点可以很好的了解，并对其使用价值进行确定。在进行工业以及元素分析时，依据的都是国家有关煤质分析的相关标准。

2、煤质在线监测技术现状

2.1对于煤的灰分检测仪当中，我国大都采用核技术，γ射线反散射法、双能γ射线透射法、中子活化分析法是应用核技术的关键所在。

2.1.1γ射线反散射法。γ射线反散射法的原理是：当检测物被低能γ射线照射时，低能γ射线就会在被测物体内部经过多次的散射而被反射出。因为反射出的光线强度随着检测物原子系数的变化而变化。这样就可以进行很好的内部检测。可燃物与非可燃物是煤的构成，我们知道可燃物主要由碳、氢、氧、氮、硫等，平均原子系数约为6；然而非可燃物主要有硅、铝、钙、镁、铁等，平均原子系数约13。这样一旦低能γ射线经过散射被射出时，由于可燃物成分中的原子序数小，吸收也就比较小，γ射线衰减系数就会小；但是在非可燃物的成分中原子序数较大，吸收效应较强，γ射线衰减系数也大。我们知道煤平均原子系数的变化是随着其灰分变化的。所以尽可以根据对于反射γ射线强度的测量就可以知道煤中灰分的数量。这种测灰仪器不但技术简单、成本低而且测量的精度也是比较高的。不足的地方就是只是适用于离线或者是旁线测量。

2.1.2双能γ射线透射法。国际上大都采用这种方法进行线测灰方法。一般采用的低能射源为241Am，高能射源可以达到137Cs。煤的灰分和面积质量对于低能γ射线的透射强度有很大的影响；对于高能γ射线影响其透射强度主要是透射煤层的面积质量。通过采用高能γ射线影就会避免胶带运输机上煤量变化对测灰的影响。但是这种方法有个不足的地方就是，重元素对于低能γ射线的反散射和透射的影响较大，所以依据上述理论进行的同位素测灰仪，测量时所产生的误差较大。

2.1.3中子活化分析法中子活化分析法所依据的理论为原子吸收一个中子后的反应。通过研究发现，不同的的原子吸收一个中子后，放射出的γ射线也是不同的。所以依据这种理论所研制的探测器，通过对γ射线的检测就可以对于煤炭中各种物质元素含量进行测量。这种方法的检测精度高，但是不足点就是技术比较复杂，且其前期投入比较大。

2.1.4在线灰分测试仪在屯兰选煤厂的应用。屯兰选煤厂在煤质在线测试工

作上，先后投用了5E-AS3000电脑测硫仪、5E-8S/AⅡ全自动测硫仪、5E-8S/M 智能测硫仪器、马弗炉、智能马弗炉等先进煤质检测设备。为了科学、快速准确测定煤的灰分，屯兰选煤厂引进了澳大利亚的Coalscan2500型在线灰分测试仪，用于最终精煤的测定，不仅保证了测量精度提高，而且降低了工人的劳动强度。其精煤测量精度可达±0.5%，原煤测量精度可达±1.0%。煤层厚度要求为50mm-30m。在线测灰仪的工作温度为0℃～45℃。

Coalscan2500型在线测灰仪采用核元素作为放射源，他将和技术与计算机技术完美结合，可快速无损、无接触地对输送装置上的煤流进行动态灰分检测。该仪器采用双γ射线透射法测量灰分值，它主要由C型架、Am-241和Cs-137双体伽玛放射源、伽玛射线探头、电控柜、图形显示系统等几部分组成。

2.2煤炭洗选及加工中的重要参数就是检测煤中的水含量，这些会对产品的价格以及发热量产生很大的影响。如红外法、电容法、微波法和中子活化法等都是对于煤炭水分进行快速测定的方法。大多数的企业目前采用的都是微波法，超过85%的市场占有率。排在第二位的为电容法，有12%的市场占有率。微波透射法和微波反散射法是微波测水法的两种形式。微波透射法，依据的原理为在微波穿透被测煤样后，由于水分子作用，就会有部分能量的衰减和相位移动。因此，我们可以对通过微波的衰减度或相位移进行测量，就会得出煤炭的含水量。为了实现胶带运输机上在线测定煤中水分，一般采用辅助的γ射线透射法确定单位面积煤的质量，以补偿煤层厚度和密度对测水精度的影响。

3、煤质在线监测中存在问题及解决办法

煤炭陕速分析仪器，其精度虽然较实验室测定有所降低，但对于检测速度的提高却有很大的作用。对于检测结果落后于燃烧的问题，提供了良好的解决方案，可以实现降低煤耗、达到高效燃用煤炭、提高电厂经济效益的生产希望。再加上实时掺配，对于煤质波动就会有很好的控制。并能同机组最适宜设计煤质相吻合，减少事故率，延长机组的使用寿命，其应用前景广阔。然而，当前很多企业的应用效果并不理想，主要有以下几个原因：（1）企业煤种的特点所致。（2）仪器安装不当。（3）仪器测量点的选择不当。（4）胶带上物料厚度的影响。

4、利用近红外线测量技术实现煤质在线分析的可行性

波长在780～2526mm范围内的光线就是近红外线。每当近红外线照射到要分析的物体上时，因为分析物物质的化学键不同，会对某些特征波进行吸收，成分含量的多少对于吸光度有巨大的影响。我们知道近红外线波长被固体吸收的较少，所以在基于漫反射的基础上就可以对分析物体成分进行很好的测定。该技术是在非破坏以及非接触的条件下进行测量的，安全性能好、抗干扰能力强。

在实际的测量当中我们了解到任何煤样对于近红外吸收光谱图都非常相似。所以我们首先要解决的问题就是对煤中成分的所有相关特征波长进行采样，在通过波长吸光度的大小，利用数学模型计算就可以得到测成分含量的高低。一般来说，成分含量大，吸光度就高。

在线煤质分析系统已取得突破性进展，一旦有成熟的煤质分析仪被研发出来并及时的被产煤用煤企业应用，就会对该企业的的经济安全以及发展起到重大的作用。