TG800快速工業(yè)分析儀結(jié)構(gòu)及煤質(zhì)快速檢測技術(shù)

謝文靜

安徽新源熱電有限公司，安徽 蚌埠 233000

0 引言

煤礦資源想要交給客戶使用的前提就是從礦井中采集出來由熱電廠進(jìn)一步處理之后才可以。處理工藝的選擇取決于煤礦資源的來源，所以得出的煤炭質(zhì)量也大不相同，煤炭的質(zhì)量等級確定需要通過熱電廠進(jìn)行判斷。煤質(zhì)檢測結(jié)果出來之后，選煤的工藝可以由熱電廠進(jìn)行調(diào)整，從而將生產(chǎn)質(zhì)量提高。除此之外，根據(jù)客戶的需求將煤炭劃分為不同的等級，極限使用煤炭，近期，由于煤炭在市場上的需求量逐漸增大，煤廠的生產(chǎn)效率也隨之提高，就需要大幅度的提升煤質(zhì)檢驗(yàn)的質(zhì)量和效率。根據(jù)市場需求，大多數(shù)的熱電廠選擇使用快速檢測煤質(zhì)的技術(shù)。檢測技術(shù)使用該種新型煤質(zhì)，從而對煤炭質(zhì)量的檢測可以及時(shí)準(zhǔn)確且高效的解決，所以可以對該技術(shù)進(jìn)行有效的推廣。

1 工程概況

某大型熱電廠的鍋爐出力為220t/h，排煙溫度160℃，過熱蒸汽壓力9.8MPa，熱風(fēng)溫度229℃，過熱蒸汽溫度540℃，鍋爐計(jì)算效率為92.58%，給水溫度215℃，燃料耗量為15.7t/h，冷風(fēng)溫度20℃，爐膛出口溫度1207℃，爐膛容積熱強(qiáng)度為0.27MW/砰，燃燒器為8只平流式調(diào)風(fēng)燃燒器，分上下兩排布置于爐前墻。由于目前存在檢測不準(zhǔn)和煤質(zhì)波動的問題，所以煤裝車的合格率相對比較低，從而對該熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定影響。

2 存在的問題及原因分析

（1）煤炭賦存的狀態(tài)因?yàn)槌擅旱沫h(huán)境和條件發(fā)生差異。礦井施工時(shí)，煤質(zhì)的差異來源于不同的采區(qū)和不同的煤層。并且隨之會對其有影響的原因還有工作循環(huán)精度的不同，工作面在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)都是不同的，也有很大波動的出煤量，導(dǎo)致沒有均勻的出煤質(zhì)量和數(shù)量從井口出來，所以波動比較大的就是毛煤熱值，以至于有大約600ca1/g的點(diǎn)樣波動值。

（2）首先確定運(yùn)輸車間產(chǎn)品的化驗(yàn)結(jié)果，但是并不能準(zhǔn)確得出配煤結(jié)果。如今有700萬t/a的原煤需要通過熱電廠系統(tǒng)清洗。設(shè)計(jì)能力也超過了500萬t/a，從而導(dǎo)致產(chǎn)品存儲和化驗(yàn)結(jié)果沒辦法讓運(yùn)銷車間掌握，也就出現(xiàn)了盲裝現(xiàn)象，從而影響了配煤的下一車裝車。

（3）落后的煤質(zhì)檢驗(yàn)方式，波動比較大的煤質(zhì)檢測時(shí)沒有辦法適應(yīng)。生產(chǎn)和裝車過程中采樣選用的方式是在膠帶機(jī)中用自動采樣器進(jìn)行，送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行常規(guī)化驗(yàn)，需要在1～2h之內(nèi)將生產(chǎn)和裝車的點(diǎn)樣結(jié)果報(bào)出，再過1～2h才會確定檢測結(jié)果。

上述問題的存在會導(dǎo)致裝車的商品煤質(zhì)量沒有保證，從而導(dǎo)致商品煤目標(biāo)的熱值比出熱值低了很多，導(dǎo)致很多的熱值被浪費(fèi)，另外有所影響的還有準(zhǔn)2的優(yōu)質(zhì)煤配比，會導(dǎo)致品牌有不好的影響，且有一定的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過了解一種快速檢測煤質(zhì)的新型產(chǎn)品被某公司開發(fā)，為了快速解決煤質(zhì)檢測問題，熱電廠決定將使用TG800快速工業(yè)分析儀進(jìn)行煤質(zhì)檢測工作。

3 TG800快速工業(yè)分析儀結(jié)構(gòu)及原理分析

圖1是該儀器的示意圖。如下幾個(gè)模塊是該設(shè)備包含的內(nèi)容：①測試水分單元；②測試灰分模塊；③測試揮發(fā)分模塊。通過相對應(yīng)的檢測技術(shù)，對灰分和水分的揮發(fā)程度做出檢測。模塊檢測的過程中基本組件相同，傳感器和加熱爐組件不同，簡單介紹水分測試的各個(gè)模塊，示意圖如圖2所示。

圖1 測試方法結(jié)構(gòu)連接示意圖

圖2 水分測試模塊結(jié)構(gòu)示意圖

第一步是在第一加熱爐進(jìn)行水分測試工作原理中的加熱，然后選用第一天平完成樣品的稱重實(shí)驗(yàn)。將樣品放置于水分增竭內(nèi)，將第一天平放在第一升降平臺下面，將水分增竭設(shè)置在第一送樣盤結(jié)構(gòu)處。在第一天平支架的位置設(shè)置第一樣桿，第一升降平臺的傳輸動力是通過第一電機(jī)提供的，完成上升下降，從而保證水分增竭發(fā)生在第一加熱爐內(nèi)。另外，在第一加熱爐內(nèi)安設(shè)溫度傳感器，從而將加熱爐的溫度變化檢測出來。

加熱爐組件、對應(yīng)的升降平臺、天平、放樣盤機(jī)構(gòu)、送樣桿以及增竭等都屬于快速工業(yè)分析儀測試的模塊，并且需要將送樣桿安裝在天平支架上面，將加熱爐組件設(shè)置在升降平臺上，在對應(yīng)的模塊中設(shè)置獨(dú)立的傳感器，用來測試揮發(fā)分、水分以及灰分，一個(gè)模塊負(fù)責(zé)一個(gè)測試。使用不同的低溫爐進(jìn)行水分測試，而灰分和揮發(fā)分的測試是憑借高溫爐。除此之外，低溫爐內(nèi)沒有穿過送樣桿，就不需要再進(jìn)行低溫爐改造，不需要對低溫爐進(jìn)行穿孔，所以有較好的密封性，能夠?qū)z測精確度提高。

啟動檢測系統(tǒng)之后要初始化系統(tǒng)，保證在設(shè)置都是零的情況下系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。水分檢測傳感器可以對煤炭中的水分進(jìn)行檢測、取得數(shù)值，煤炭中的阻抗值測試用插式傳感器完成。然后分析處理檢測信號，得到煤炭的最終檢測結(jié)果，并且完成數(shù)據(jù)的顯示和保存，循環(huán)整個(gè)操作步驟，完成煤炭的持續(xù)性檢測。煤質(zhì)的快速檢測系統(tǒng)是通過模塊化設(shè)計(jì)來完成的，信息數(shù)據(jù)在不同的模塊之間傳遞，完全是屬于獨(dú)立的功能，無論是哪一個(gè)模塊出現(xiàn)了問題，只需要維修這一個(gè)模塊，因此無論是后期進(jìn)行保養(yǎng)還是維修都較為方便，維護(hù)保養(yǎng)的成本也降低了很多。

揮發(fā)分、灰分以及水分這三個(gè)指標(biāo)的測試都是通過該系統(tǒng)，選取三個(gè)指標(biāo)中的最大值時(shí)間進(jìn)行測試。通過測試可知，在20min之內(nèi)的時(shí)間測試和傳統(tǒng)測試比較縮小一半。

4 煤質(zhì)快速檢測技術(shù)

煤質(zhì)傳統(tǒng)的線下化驗(yàn)結(jié)果和快速檢測系統(tǒng)的灰分測量結(jié)果有一定的差異存在，但是差異比較小，從整體吻合情況來看，測量值和化驗(yàn)值基本吻合，相對比較準(zhǔn)確的結(jié)果是快速檢測系統(tǒng)得到的。如果該系統(tǒng)是在線檢測系統(tǒng)，那么就會產(chǎn)生一定的誤差，短時(shí)間內(nèi)對樣品進(jìn)行檢測，在實(shí)踐過程中需要10～20s的樣品檢測時(shí)間。進(jìn)一步進(jìn)行化驗(yàn)精度的提升，可以選擇將樣品檢測時(shí)間適當(dāng)加長，但是這樣做會對檢測系統(tǒng)的工作效率造成影響。因此熱電廠需要根據(jù)實(shí)際情況完成測試時(shí)間的設(shè)置，確保平衡。由此可得，熱電廠應(yīng)當(dāng)選擇快速檢測系統(tǒng)進(jìn)行煤質(zhì)的檢測工作，才能有更好的應(yīng)用效果，大幅度提高煤質(zhì)檢驗(yàn)的精度和效率，從而將單點(diǎn)裝車的合格率提高，給熱電廠提供良好的經(jīng)濟(jì)效益，使技術(shù)人員一致認(rèn)可該技術(shù)。

4.1 安裝檢測位置的選擇與確定

首先將TG800快速工業(yè)分析檢測儀設(shè)備引進(jìn)，其次完成安裝檢測試驗(yàn)。通過分析考察，制定了以下三種取樣安裝檢測的方式。

（1）安裝檢驗(yàn)設(shè)備需要通過末煤膠帶中部的采樣機(jī)把料膠帶上，進(jìn)行縮分和破碎采集的煤樣之后，檢測過程中選用快速工業(yè)分析儀進(jìn)行。經(jīng)過動態(tài)測試和靜態(tài)測試對比試驗(yàn)得知，測量值和化驗(yàn)值出現(xiàn)比較大的誤差，不適合使用。

（2）在裝車膠帶端部采樣機(jī)上安裝檢驗(yàn)設(shè)備，首先進(jìn)行二次采樣和破碎之后再檢測。經(jīng)過動態(tài)測試和靜態(tài)測試對比試驗(yàn)得知，測量值和化驗(yàn)值出現(xiàn)比較大的誤差，不適合使用。

使用上述兩個(gè)檢測方式進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)誤差比較大，對原因進(jìn)行分析，有可能是因?yàn)橹芷诒容^長、頻率比較低，因此產(chǎn)生了第三套方案。

（3）取樣試驗(yàn)的完成是將檢驗(yàn)設(shè)備安裝在采樣機(jī)棄樣端。經(jīng)過動態(tài)測試和靜態(tài)測試對比試驗(yàn)得知，測量值和化驗(yàn)值的誤差比較小，所以工業(yè)試驗(yàn)可以選用這種安裝方法進(jìn)行。

4.2 裝車站裝車膠帶采樣機(jī)棄樣端實(shí)踐應(yīng)用

皮帶端部的采樣機(jī)完成采樣工作，從而可以有效提高采樣頻率，周期為55s，約有75kg的棄樣量，將溜槽棄樣安裝在裝車緩沖倉內(nèi)。

4.2.1 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的安裝

溜槽裝置和小膠帶增設(shè)在皮帶運(yùn)輸上，緩沖倉中順利落入采樣后的棄樣；將煤流成形裝置設(shè)置在小膠帶上，與此同時(shí)檢測設(shè)備的安裝空間需要預(yù)留；選用變頻驅(qū)動小膠帶，穩(wěn)定的保證小膠帶運(yùn)行、啟動和停止，從而滿足其檢驗(yàn)測量的標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)整TG800快速工業(yè)檢測儀的位置完成安裝工作，使用于運(yùn)銷車間。

4.2.2 檢測結(jié)果對比分析

通過該儀器的檢測和化驗(yàn)的結(jié)果對比，得出靜態(tài)煤樣數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 靜態(tài)煤樣數(shù)據(jù)

測量數(shù)據(jù)見表1。

由表1可得，數(shù)值差距比較小的是實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)熱值和裝車灰分儀，且數(shù)值測量結(jié)果處于理想狀態(tài)。

表1 運(yùn)銷車間裝車灰分儀熱值與實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)值對比分析（熱值單位：cal/g）

4.2.3 運(yùn)銷車間裝車合格率分析

通過TG800快速工業(yè)分析儀在運(yùn)銷車間的使用進(jìn)行前后數(shù)值的比較。在使用了該儀器之后，合格率由之前的70.5%提到了89.9%，比沒使用之前提高了19.4%，促使屯2至屯4的煤熱值節(jié)省了130kcal/kg。所以通過描述可斷定運(yùn)銷車間的裝車合格率通過TG800快速工業(yè)分析設(shè)備明顯提高。

（1）以下是動態(tài)灰分測量誤差比較大的原因。①煤樣測量過程中時(shí)間比較短。雖然根據(jù)1h的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，但是實(shí)際測量過程中設(shè)備只能測量幾十秒到一百多秒，所以有較大的誤差量。采樣機(jī)選用15min一次的采樣頻率在該處采樣，只能進(jìn)行4次采樣，由于沒有較大的輸煤量膠帶，所以采樣過程中采樣量不宜過大，通過破碎和采樣之后，煤樣落入小膠帶，從而達(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)，且通過檢測設(shè)備的時(shí)間是10～20s。②小膠帶煤樣進(jìn)行二次采樣之前需要對煤樣進(jìn)行化驗(yàn)，因?yàn)樯俅螖?shù)的采樣，所以小膠帶上的剩余煤樣和其之間有一定的差異性。③會有化驗(yàn)和制樣的誤差存在。

（2）解決方式。①降低采樣機(jī)小膠帶速度，與此同時(shí)提高單次采樣時(shí)間，通過該儀器對煤炭是否存在于膠帶上進(jìn)行判斷，若有接口，提高測量時(shí)間可以通過小膠帶的停止或運(yùn)行完成。②增加其長度，選擇更好的煤流成形裝置進(jìn)行安裝。③提高采樣機(jī)使用頻率，由最初的15min減少為5min或者是更短的時(shí)間，這樣的操作不僅僅可以將設(shè)備測量煤樣的時(shí)間增加，還可以提高數(shù)據(jù)的輸出頻率，時(shí)間的改變更加便于生產(chǎn)的指導(dǎo)工作。

4.3 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的防護(hù)與管理

4.3.1 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的防護(hù)

選用多能人工射線吸收法作為新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的方式，射線源來源于射線裝置，發(fā)射的射線有x射線，和放射源有所不同，將該裝置的電壓關(guān)閉之后，沒有任何射線輸出。雖然可以輸出射線的有放射源以及射線裝置，但是其管理方式不同，和雙能量伽馬射線灰分儀進(jìn)行比較，該設(shè)備低了許多，所以很容易就屏蔽了該射線，想要完全屏蔽該射線只需要3～4mm的鋼板，所以設(shè)備的外部，只能檢測到環(huán)境本底，并不能將射線裝置發(fā)射的射線進(jìn)行檢測。

4.3.2 新型煤質(zhì)檢測設(shè)備的管理

根據(jù)《GB18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，豁免水平如下：①在進(jìn)行正常操作運(yùn)行時(shí)，距離設(shè)備任何一個(gè)表面距離為10cm時(shí)，可能出現(xiàn)的定向劑和周圍劑量當(dāng)量率沒有大于1μSv/h；②最大只有5keV的輻射能量產(chǎn)生。

在設(shè)備的表面10cm地方能引起的劑量當(dāng)量率幾乎是0，能測量的位置只有環(huán)境的本底，并低于0.1μSv/h，由此可知該設(shè)備屬于豁免的設(shè)備。并且無論是什么狀態(tài)下的放射源和射線裝置，都不用環(huán)保部門進(jìn)行射線裝置回收，也不用擔(dān)心放射源丟失后需要承擔(dān)什么責(zé)任。

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場2a的試用，表明該新型檢測設(shè)備可以對配煤裝車進(jìn)行穩(wěn)定的指導(dǎo)工作了。以下是對本文所做試驗(yàn)的總結(jié)。

（1）裝車系統(tǒng)的時(shí)間段不同合格率不同，可以通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)縱向?qū)Ρ瓤芍?，新型煤質(zhì)檢測設(shè)備使用過程中，有82.25%的合格率，相比之前提高了29%，減少近100cal/g左右各煤種熱值浪費(fèi)，理論上來說，可以提高12%在準(zhǔn)2的比例上。對一、二系統(tǒng)不同時(shí)間的裝車合格率進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，精?zhǔn)裝車工作進(jìn)行時(shí)，大幅度改善兩套系統(tǒng)的合格率，并且將裝車一系統(tǒng)提高了12%在，將裝車二系統(tǒng)提高了6.71%，兩個(gè)系統(tǒng)相比較差6%，可知選用煤質(zhì)檢測設(shè)備的選擇不同效率不同，新型設(shè)備效率明顯提高。

（2）使用新型煤質(zhì)檢測設(shè)備時(shí)，對熱電廠生產(chǎn)過程中的發(fā)熱量和產(chǎn)品的灰分以及各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了監(jiān)測，從而可以對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，降低勞動力的同時(shí)還能提高效率，除此之外還能提高產(chǎn)品管理水平。

（3）隨著科技的不斷進(jìn)步，熱電廠大多選用了自動采集功能進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的信息提取，對熱電廠生產(chǎn)效率的核查和指導(dǎo)生產(chǎn)以及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)都能用煤質(zhì)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，如果可以有效地解決自動化采集問題，就能將生產(chǎn)過程中采集的大量數(shù)據(jù)利用，按照大數(shù)據(jù)技術(shù)，智能化生產(chǎn)在熱電廠中的應(yīng)用就可以逐漸實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵擃愋驮O(shè)備的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確測量，不運(yùn)用放射源時(shí)安裝也較為簡單，與其他方式相比較，其優(yōu)勢較為突出，適合推廣使用。