中子活化煤质分析仪在沙曲选煤厂的应用

周海渊，郭世明，宋青锋，赵 龙，李凤毅

(1.华晋焦煤集团 沙曲选煤厂，山西 吕梁 033300；2.丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁 丹东 118000)

沙曲选煤厂作为山西焦煤集团最大的炼焦煤分选基地，其重介分选系统存在的主要问题是入选原煤灰分波动大，缺乏有效的实时灰分检测手段，导致精煤灰分波动大(9.00%～11.50%)，影响了选煤厂的经济效益。快速、准确、及时检测和自动化采制系统是智能化分选的关键[1].目前,在重介选煤工艺点应用较多的检测技术是伽马射线灰分检测技术[2-3]和天然射线灰分检测技术[4].伽马射线灰分检测技术是一种成熟的灰分在线检测技术，但是这种技术受介质残留影响较大。根据杨喆的研究[5]，重介残留达到0.04%，伽马射线灰分仪将产生0.3%的绝对误差，重介残留达到0.09%，伽马射线灰分仪将产生0.6%的绝对误差，因此伽马射线灰分检测技术不适合应用在重介选煤工艺点。天然射线灰分检测技术检测煤中灰分的天然放射性强度，但是对于低灰分的精煤，其天然放射性强度较低，而放射性本身具有统计涨落特性[6],为了提升设备的检测重现性，需要加大检测的平滑时间，而重介入洗原煤灰分波动周期较小，对灰分分析设备的实时性要求较高，因此天然射线灰分检测技术也不适合应用在重介选煤工艺点。缺乏精准的灰分在线检测技术限制重介选煤智能化的进程，为了解决这一行业难题，沙曲选煤厂首次引进了基于瞬发伽马中子活化分析技术(PGNAA)的多元素在线分析仪，结合溜槽自动取样器，实时检测重介精煤的灰分指标，指导重介洗选的密度调整，最终实现了分选过程智能化。

1 中子活化煤质分析仪检测原理

PGNAA技术是一种实时、在线、全断面的无损检测技术，目前已经在水泥、煤炭等领域得到广泛的应用[7-10].PGNAA技术采用252Cf自发裂变中子源作为检测的激发源，实时发射出平均能量为2.35 MeV的快中子，快中子被测量装置慢化为热中子，热中子照射物料与物料中各元素原子核发生热中子俘获反应，放射出不同能量及强度的特征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[11].相比于激光诱导[12]、X荧光[13]、近红外[14]等多成分分析技术，PGNAA技术具有以下几个优点：

1)反应速度快，不受皮带速度变化影响。2)采用中子作为激发源，中子呈电中性，不与原子核外电子发生作用，具有极强的穿透能力，可实现物料的全断面检测。3)生成的特征γ射线穿透能力较强，不受粉尘、蒸汽等恶劣环境的影响，适应性更好。4)多元素同时检测，不受灰成分变化影响，可同时检测灰分、硫分、灰成分等指标。

2 现场应用方案

自动取样器安装在沙曲选煤厂A系统重介精煤离心机下的溜槽处，取样器每分钟取样一次，取到的煤样经过一次给料输运皮带送至破碎机内并被破碎到13 mm粒度以下，破碎后的煤样经斗提机送入分析仪料仓内，分析仪料仓内置料位计，分析仪根据料位高度自动控制分析仪内置的皮带行走速度。物料经过密度检测区域检测煤样的密度参数，经过水分检测区域检测煤样水分指标，最后进入中子活化区域，进行元素分析，分析后的煤样落入704#精煤皮带。取样分析仪系统原理效果图见图1.

图1 取样分析仪系统原理效果图

3 分析仪检测精度验证

3.1 静态验证

采用沙曲选煤厂的重介精煤和煤泥作为基准样品配制验证样品，基础样品的化验数据见表1.根据表2配方配制出用于测试仪器性能的测试煤样。

表1 基础煤样的煤质信息表

表2 测试煤样配制及煤质结果信息表

将配制好的10个样品分别放置到中子活化煤质分析仪内进行测试，测量结果见表3.统计仪器测量值和理论灰分值之间的标准差(σ)为0.14%.

表3 中子活化煤质分析仪对测试样品的测量结果表

3.2 动态验证

为了验证分析仪动态检测状态下的测量精准度，该厂于2020年10月末对分析仪进行了动态验证实验，采用双因素法进行，在分析仪皮带尾部采集双份参比样品，样品采集周期为60 min.对参比样品分别进行缩分,共缩分为4份，一份用于化验，一份由煤质车间留存，一份交纪检监察科留存,一份交给设备生产方。动态验证数据见表4，分析仪与化验结果的对比趋势曲线见图2.中子活化煤质分析仪检测结果与化验室化验结果的标准差(σ)为0.168%，实验的采样、制样、化验的标准差(σ)为0.136%，分析仪的标准差(σ)为0.1%.

表4 仪器与化验室结果对比表

图2 动态验证数据趋势图

4 结 论

针对重介精煤灰分无法进行快速、精准检测的行业难题，沙曲选煤厂首次将中子活化技术应用到重介选煤工艺点，经过静态验证、动态验证两种验证方法，证明中子活化煤质分析仪在重介精煤工艺点具有极高的检测精度。