TG800快速工业分析仪结构及煤质快速检测技术

谢文静

安徽新源热电有限公司，安徽 蚌埠 233000

0 引言

煤矿资源想要交给客户使用的前提就是从矿井中采集出来由热电厂进一步处理之后才可以。处理工艺的选择取决于煤矿资源的来源，所以得出的煤炭质量也大不相同，煤炭的质量等级确定需要通过热电厂进行判断。煤质检测结果出来之后，选煤的工艺可以由热电厂进行调整，从而将生产质量提高。除此之外，根据客户的需求将煤炭划分为不同的等级，极限使用煤炭，近期，由于煤炭在市场上的需求量逐渐增大，煤厂的生产效率也随之提高，就需要大幅度的提升煤质检验的质量和效率。根据市场需求，大多数的热电厂选择使用快速检测煤质的技术。检测技术使用该种新型煤质，从而对煤炭质量的检测可以及时准确且高效的解决，所以可以对该技术进行有效的推广。

1 工程概况

某大型热电厂的锅炉出力为220t/h，排烟温度160℃，过热蒸汽压力9.8MPa，热风温度229℃，过热蒸汽温度540℃，锅炉计算效率为92.58%，给水温度215℃，燃料耗量为15.7t/h，冷风温度20℃，炉膛出口温度1207℃，炉膛容积热强度为0.27MW/砰，燃烧器为8只平流式调风燃烧器，分上下两排布置于炉前墙。由于目前存在检测不准和煤质波动的问题，所以煤装车的合格率相对比较低，从而对该热电厂的经济效益产生一定影响。

2 存在的问题及原因分析

（1）煤炭赋存的状态因为成煤的环境和条件发生差异。矿井施工时，煤质的差异来源于不同的采区和不同的煤层。并且随之会对其有影响的原因还有工作循环精度的不同，工作面在每一个时间段内都是不同的，也有很大波动的出煤量，导致没有均匀的出煤质量和数量从井口出来，所以波动比较大的就是毛煤热值，以至于有大约600ca1/g的点样波动值。

（2）首先确定运输车间产品的化验结果，但是并不能准确得出配煤结果。如今有700万t/a的原煤需要通过热电厂系统清洗。设计能力也超过了500万t/a，从而导致产品存储和化验结果没办法让运销车间掌握，也就出现了盲装现象，从而影响了配煤的下一车装车。

（3）落后的煤质检验方式，波动比较大的煤质检测时没有办法适应。生产和装车过程中采样选用的方式是在胶带机中用自动采样器进行，送至实验室进行常规化验，需要在1～2h之内将生产和装车的点样结果报出，再过1～2h才会确定检测结果。

上述问题的存在会导致装车的商品煤质量没有保证，从而导致商品煤目标的热值比出热值低了很多，导致很多的热值被浪费，另外有所影响的还有准2的优质煤配比，会导致品牌有不好的影响，且有一定的经济损失。经过了解一种快速检测煤质的新型产品被某公司开发，为了快速解决煤质检测问题，热电厂决定将使用TG800快速工业分析仪进行煤质检测工作。

3 TG800快速工业分析仪结构及原理分析

图1是该仪器的示意图。如下几个模块是该设备包含的内容：①测试水分单元；②测试灰分模块；③测试挥发分模块。通过相对应的检测技术，对灰分和水分的挥发程度做出检测。模块检测的过程中基本组件相同，传感器和加热炉组件不同，简单介绍水分测试的各个模块，示意图如图2所示。

图1 测试方法结构连接示意图

图2 水分测试模块结构示意图

第一步是在第一加热炉进行水分测试工作原理中的加热，然后选用第一天平完成样品的称重实验。将样品放置于水分增竭内，将第一天平放在第一升降平台下面，将水分增竭设置在第一送样盘结构处。在第一天平支架的位置设置第一样杆，第一升降平台的传输动力是通过第一电机提供的，完成上升下降，从而保证水分增竭发生在第一加热炉内。另外，在第一加热炉内安设温度传感器，从而将加热炉的温度变化检测出来。

加热炉组件、对应的升降平台、天平、放样盘机构、送样杆以及增竭等都属于快速工业分析仪测试的模块，并且需要将送样杆安装在天平支架上面，将加热炉组件设置在升降平台上，在对应的模块中设置独立的传感器，用来测试挥发分、水分以及灰分，一个模块负责一个测试。使用不同的低温炉进行水分测试，而灰分和挥发分的测试是凭借高温炉。除此之外，低温炉内没有穿过送样杆，就不需要再进行低温炉改造，不需要对低温炉进行穿孔，所以有较好的密封性，能够将检测精确度提高。

启动检测系统之后要初始化系统，保证在设置都是零的情况下系统可以正常运行。水分检测传感器可以对煤炭中的水分进行检测、取得数值，煤炭中的阻抗值测试用插式传感器完成。然后分析处理检测信号，得到煤炭的最终检测结果，并且完成数据的显示和保存，循环整个操作步骤，完成煤炭的持续性检测。煤质的快速检测系统是通过模块化设计来完成的，信息数据在不同的模块之间传递，完全是属于独立的功能，无论是哪一个模块出现了问题，只需要维修这一个模块，因此无论是后期进行保养还是维修都较为方便，维护保养的成本也降低了很多。

挥发分、灰分以及水分这三个指标的测试都是通过该系统，选取三个指标中的最大值时间进行测试。通过测试可知，在20min之内的时间测试和传统测试比较缩小一半。

4 煤质快速检测技术

煤质传统的线下化验结果和快速检测系统的灰分测量结果有一定的差异存在，但是差异比较小，从整体吻合情况来看，测量值和化验值基本吻合，相对比较准确的结果是快速检测系统得到的。如果该系统是在线检测系统，那么就会产生一定的误差，短时间内对样品进行检测，在实践过程中需要10～20s的样品检测时间。进一步进行化验精度的提升，可以选择将样品检测时间适当加长，但是这样做会对检测系统的工作效率造成影响。因此热电厂需要根据实际情况完成测试时间的设置，确保平衡。由此可得，热电厂应当选择快速检测系统进行煤质的检测工作，才能有更好的应用效果，大幅度提高煤质检验的精度和效率，从而将单点装车的合格率提高，给热电厂提供良好的经济效益，使技术人员一致认可该技术。

4.1 安装检测位置的选择与确定

首先将TG800快速工业分析检测仪设备引进，其次完成安装检测试验。通过分析考察，制定了以下三种取样安装检测的方式。

（1）安装检验设备需要通过末煤胶带中部的采样机把料胶带上，进行缩分和破碎采集的煤样之后，检测过程中选用快速工业分析仪进行。经过动态测试和静态测试对比试验得知，测量值和化验值出现比较大的误差，不适合使用。

（2）在装车胶带端部采样机上安装检验设备，首先进行二次采样和破碎之后再检测。经过动态测试和静态测试对比试验得知，测量值和化验值出现比较大的误差，不适合使用。

使用上述两个检测方式进行检测发现误差比较大，对原因进行分析，有可能是因为周期比较长、频率比较低，因此产生了第三套方案。

（3）取样试验的完成是将检验设备安装在采样机弃样端。经过动态测试和静态测试对比试验得知，测量值和化验值的误差比较小，所以工业试验可以选用这种安装方法进行。

4.2 装车站装车胶带采样机弃样端实践应用

皮带端部的采样机完成采样工作，从而可以有效提高采样频率，周期为55s，约有75kg的弃样量，将溜槽弃样安装在装车缓冲仓内。

4.2.1 新型煤质检测设备的安装

溜槽装置和小胶带增设在皮带运输上，缓冲仓中顺利落入采样后的弃样；将煤流成形装置设置在小胶带上，与此同时检测设备的安装空间需要预留；选用变频驱动小胶带，稳定的保证小胶带运行、启动和停止，从而满足其检验测量的标准。调整TG800快速工业检测仪的位置完成安装工作，使用于运销车间。

4.2.2 检测结果对比分析

通过该仪器的检测和化验的结果对比，得出静态煤样数据，如图3所示。

图3 静态煤样数据

测量数据见表1。

由表1可得，数值差距比较小的是实验室化验热值和装车灰分仪，且数值测量结果处于理想状态。

表1 运销车间装车灰分仪热值与实验室化验值对比分析（热值单位：cal/g）

4.2.3 运销车间装车合格率分析

通过TG800快速工业分析仪在运销车间的使用进行前后数值的比较。在使用了该仪器之后，合格率由之前的70.5%提到了89.9%，比没使用之前提高了19.4%，促使屯2至屯4的煤热值节省了130kcal/kg。所以通过描述可断定运销车间的装车合格率通过TG800快速工业分析设备明显提高。

（1）以下是动态灰分测量误差比较大的原因。①煤样测量过程中时间比较短。虽然根据1h的数据进行比较，但是实际测量过程中设备只能测量几十秒到一百多秒，所以有较大的误差量。采样机选用15min一次的采样频率在该处采样，只能进行4次采样，由于没有较大的输煤量胶带，所以采样过程中采样量不宜过大，通过破碎和采样之后，煤样落入小胶带，从而达到检测标准，且通过检测设备的时间是10～20s。②小胶带煤样进行二次采样之前需要对煤样进行化验，因为少次数的采样，所以小胶带上的剩余煤样和其之间有一定的差异性。③会有化验和制样的误差存在。

（2）解决方式。①降低采样机小胶带速度，与此同时提高单次采样时间，通过该仪器对煤炭是否存在于胶带上进行判断，若有接口，提高测量时间可以通过小胶带的停止或运行完成。②增加其长度，选择更好的煤流成形装置进行安装。③提高采样机使用频率，由最初的15min减少为5min或者是更短的时间，这样的操作不仅仅可以将设备测量煤样的时间增加，还可以提高数据的输出频率，时间的改变更加便于生产的指导工作。

4.3 新型煤质检测设备的防护与管理

4.3.1 新型煤质检测设备的防护

选用多能人工射线吸收法作为新型煤质检测设备的方式，射线源来源于射线装置，发射的射线有x射线，和放射源有所不同，将该装置的电压关闭之后，没有任何射线输出。虽然可以输出射线的有放射源以及射线装置，但是其管理方式不同，和双能量伽马射线灰分仪进行比较，该设备低了许多，所以很容易就屏蔽了该射线，想要完全屏蔽该射线只需要3～4mm的钢板，所以设备的外部，只能检测到环境本底，并不能将射线装置发射的射线进行检测。

4.3.2 新型煤质检测设备的管理

根据《GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的有关规定，豁免水平如下：①在进行正常操作运行时，距离设备任何一个表面距离为10cm时，可能出现的定向剂和周围剂量当量率没有大于1μSv/h；②最大只有5keV的辐射能量产生。

在设备的表面10cm地方能引起的剂量当量率几乎是0，能测量的位置只有环境的本底，并低于0.1μSv/h，由此可知该设备属于豁免的设备。并且无论是什么状态下的放射源和射线装置，都不用环保部门进行射线装置回收，也不用担心放射源丢失后需要承担什么责任。

5 结语

通过现场2a的试用，表明该新型检测设备可以对配煤装车进行稳定的指导工作了。以下是对本文所做试验的总结。

（1）装车系统的时间段不同合格率不同，可以通过数据统计纵向对比可知，新型煤质检测设备使用过程中，有82.25%的合格率，相比之前提高了29%，减少近100cal/g左右各煤种热值浪费，理论上来说，可以提高12%在准2的比例上。对一、二系统不同时间的装车合格率进行横向对比，精准装车工作进行时，大幅度改善两套系统的合格率，并且将装车一系统提高了12%在，将装车二系统提高了6.71%，两个系统相比较差6%，可知选用煤质检测设备的选择不同效率不同，新型设备效率明显提高。

（2）使用新型煤质检测设备时，对热电厂生产过程中的发热量和产品的灰分以及各个环节进行了监测，从而可以对产品质量进行有效的控制，降低劳动力的同时还能提高效率，除此之外还能提高产品管理水平。

（3）随着科技的不断进步，热电厂大多选用了自动采集功能进行各个环节的信息提取，对热电厂生产效率的核查和指导生产以及产品质量检验都能用煤质数据作为依据，如果可以有效地解决自动化采集问题，就能将生产过程中采集的大量数据利用，按照大数据技术，智能化生产在热电厂中的应用就可以逐渐实现。因为该类型设备的数据可以准确测量，不运用放射源时安装也较为简单，与其他方式相比较，其优势较为突出，适合推广使用。