中子活化在线分析仪在配料中的应用

张 伟 谢景为

（丹东东方测控技术股份有限公司 辽宁丹东 118002）

1 引言

生料作为水泥熟料生产的主要原料，它的质量及其变化对水泥厂的产品质量和经济效益都有决定性的影响。而进厂石灰石的质量，取决于许多因素。进厂石灰石品位波动大，辅料没有预均化，生料配比调整不及时及滞后性，对生料及后期熟料质量影响很大。

以某水泥厂为例。该水泥厂在使用在线分析仪前，生料配料采用手动调整配比方式，在出磨皮带安装自动取样器，取样器取得小时生料样品进行分析化验，根据化学分析结果生料配比的调整方式存在以下几点问题：

（1）化学分析频次低且分析结果滞后。

（2）取样的代表性差。

采用中子活化水泥元素在线分析仪以后，在线分析仪通过中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术，实时检测皮带上的物料成分及控制系统2min一次生料配比的调整（最短周期1min）可以很好的解决配料中生料配比调整不及时和滞后性的问题。

2 检测系统原理

分析仪采用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术。慢化后的热中子照射水泥物料，物料中各元素原子核与中子发生热中子俘获反应，放射出不同能量的特征γ射线，通过检测特征γ射线的能量辨识物料中元素种类，通过检测特定能量γ射线的强度得出元素含量。

图1

在线中子活化分析仪安装在破碎机下的皮带上，每一分钟检测出原料的化学成分：钙、硅、铁、铝、镁。钾、钠等元素，计算机系统根据入磨对应批次的化学成分，计算出石灰石中含量的检测值，通过光纤通讯传送给计算机检测系统。

3 控制系统原理

运用西门子S7-300PLC和wincc7.0实现自动控制，在线中子活化分析仪安装在入磨原料皮带机上，每一分钟检测出入磨原料的化学成分：钙、硅、铁、铝和镁等元素，计算机系统根据入磨对应批次的化学成分，计算出入磨混合料KH、SM、IM三个率值的检测值，通过opc通讯传送给生料质量计算机控制系统，根据设定三率值指标从而实现生料配比的自动调整。

4 在线分析仪的安装及控制方法

为了解决分析频次低、分析滞后及代表性问题，为了降低工艺调整难度，降低生产成本，提高生料及熟料质量，用户经过多方调研，引进丹东东方测控技术股份有限公司中子活化水泥元素在线分析仪用在线分析仪。

中子活化水泥元素在线分析仪安装操作简单，采用先进的模块化控制，装置可绕皮带安装，无需切割皮带。

现场通过入磨皮带自动变频控制以稳定皮带料层厚度，使在线分析检测更精确，在线分析仪对皮带流经过的物料每分钟检测其原料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等微量元素含量，计算出 KH、SM、IM 三率值，通过opc内部通讯传输到控制系统，控制系统内程序对检测数据进行计算处理，根据三率值的设定值进行优化计算出当前原材料的最佳配比，实现闭环控制，实时调节各原料仓下料配比，使生料的三率值不断地接近设定值，使出磨生料的KH、SM、IM三个率值控制达到稳定状态，从而起到生料合格率提高及质量、降低成本的作用。应用的工艺点，如图2所示。

控制系统设备组成联系，如图3所示。

经过长时间的运行证实，在线分析仪检测数据准确可信，能够稳定运行，降低了预均化要求，降低成本，提高了低品质石灰石的利用率，提高了产品的合格率。

5 生料配料在线分析仪应用效果

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪安装在入磨皮带上，连续检测当前各原材料质量，并将分析仪的检测系统数据传输给控制系统，控制系统根据程序计算，计算下一分钟的优化配比，通过优化配比的调整以达到要求三率值指标。

图2

图3

我们在现场进行长时间的精度检测，使用全分析化验与DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪检测的数据进行比较得知，其测量精度完全达到厂家要求。以2016年3月25日～3月27日的生产统计数据为例，见表 1～4。

表1 CaO取样对照数据表

表2 SiO取样对照数据表

通过上面数据对比表明：在线分析仪检测数据与化验室分析数据具有很好的一致性。在线分析仪运行稳定，效果理想，可以保证生料的质量。

根据各原材料品位的波动来实时调整原材料的配比，保证了生料配料控制过程中原料成分稳定，减少了波动，间接将低品位石灰石利用最大化，降低了生产成本。

6 总结

DF-5701在线分析仪在该水泥厂的成功使用，不仅降低了人工取样化验工作量，而且提高了企业自动化水平。在线分析仪在使用过程中解决了分析频次低、分析滞后及代表性差的问题，通过进行优化配料，降低了工艺调整难度，降低生产成本。

DF-5701中子活化水泥元素生料配料用在线分析仪的成功投运，提高了企业生产、质量管理水平，能够充分挖掘企业潜力，提高企业市场竞争力，为企业带来巨大的经济效益。

表3 Al2O3取样对照数据表

表4 Fe2O3取样对照数据表