NGAM-2008天然射线灰分仪在高阳选煤厂压滤煤泥灰分检测中的应用

王亚周

(山西焦煤汾西矿业集团，山西 孝义 032300)

选煤生产出来的产品主要有精煤、中煤、煤泥及矸石。由于选煤生产过程是一个连续且不可逆转的过程，因此必须保证各产品的一次性合格。在选煤生产中，大多数情况下是对精煤产品进行灰分检测(保精煤)，而煤泥和矸石作为高灰分的产品一般情况下已无再利用的价值，对其质量检测往往不是很重视。但是，生产中的操作不当、工人疏忽、药剂变化或煤质突变时，均会使煤泥或矸石灰分降低，导致精煤损失。因此，对煤泥或矸石灰分进行实时检测与反馈，保证其质量合格，不仅可以最大程度地减少企业经济损失，同时还可为岗位操作提供指导。

1 概述

汾西矿业集团高阳选煤厂是高阳矿井的配套选煤厂，入选原煤全部由高阳矿井供给，入选能力为6.00 Mt/a，洗选工艺采用预先脱泥有压重介旋流器分选-粗煤泥分选-浮选-压滤的联合工艺流程。在压滤作业环节，压滤煤泥灰分采用人工采样、化验的方法测定，存在人工误差大、间隔时间长，不能及时、连续地反映生产情况的缺点，无法有效指导浮选生产操作。为此，选煤厂购置了NGAM-2008天然射线灰分仪用于压滤煤泥灰分的在线检测。

2 NGAM-2008天然射线灰分仪

2.1 结构

NAGM-2008天然射线灰分仪属于非接触式在线检测设备，适合安装在胶带输送机、装料机及升降机皮带上。灰分仪采用模块化设计，由γ射线探测器、环境辐射屏蔽罩及其支架、现场操作仪表、远端监控计算机及一台高精度煤流负荷称重装置组成(图1)，其中：γ射线探测器是灰分仪的核心部件，用于探测胶带上煤泥发出的天然γ射线；环境辐射屏蔽体用来屏蔽环境射线等因素的干扰，降低环境本底；高精度煤流负荷称重装置可实时监测煤泥负荷参数，补偿煤泥量变化对测量结果的影响；现场操作仪表负责将探测器与称重装置的原始测量信号处理后上传；远端监控计算机则根据校准参数解析信号计算灰分[1-3]。

2.2 工作原理

射线在自然界中普遍存在，天然放射性元素可以看作是一些小的放射源，当它们发射的天然γ射线与周围物质(如煤中的矿物质和有机质)相互作用时，天然γ射线的能量就向低能方向聚集，从而形成“低能峰”。这种“低能峰”的形状和计数与煤的成分有关，利用这一信息，就可以对煤的灰分进行快速检测[4-6]。

1—环境辐射屏蔽体;2—上皮带;3—γ射线探测器;4—支架;5—下皮带;6—分析仪

NGAM-2008天然射线灰分仪即是利用了上述检测原理。为了避免外部环境因素对检测结果的影响，灰分仪设置了环境辐射屏蔽体，可有效屏蔽90%以上的环境γ射线，降低了本底信号的影响[7-9]。NGAM-2008天然射线灰分仪采用高性能的γ探测器探测出煤流自身的天然γ射线信号，采用高精度称重装置探测出煤流质量信号，再经过一系列反推运算，即可得出煤流灰分[10-12]。

2.3 技术特点

NAGM-2008天然射线灰分仪技术特点为：

(1)无放射源。没有辐射安全隐患，更安全，可简化现场管理，不存在与放射源有关的任何管理，运行成本低。

(2)实时性强。可测得最短10 s区间内的有效灰分，远优于有源灰分仪的实时性。

(3)适应性强。与有源灰分仪相比，NAGM-2008天然射线灰分仪对灰分上限无限制，对煤流量(面密度)无限制，既适用于普通胶带机，又可用于钢丝带上煤灰分测量。

(4)安装简单。模块化设计，安装简便易行。

2.4 主要技术参数

(1) 灰分测量精度(标准偏差)：当煤炭灰分≤15%时，优于0.5%；当煤炭灰分为15%～30%时，优于1.5%；当煤炭灰分>30%时，优于2.5%[13-15]。鉴于煤泥压滤机卸料不均衡、不连续的特点，将本次应用标准偏差调整为优于3.0%。

(2)产量计量精度：0.5级。

(3)测量稳定性：同一煤种连续工作24 h变异系数<0.5%。

(4)单次测量时间：10～1 000 s。

3 应用效果

3.1 检测效果评价

高阳选煤厂日处理原煤约1.8万t，生产煤泥约900 t，年产煤泥约30万t。历年来煤泥灰分在63 %左右。高阳选煤厂煤泥运输工艺流程(图2)为：压滤煤泥可由720#、721#、722#煤泥胶带机转载至煤泥堆场外销；当没有销路时，煤泥通过720#胶带机转载到711#矸石胶带机，运输到矸石山弃置。

图2 高阳选煤厂煤泥运输工艺流程

2017年3月，高阳选煤厂先在722#煤泥胶带机(带速1.60 m/s)安装了一台NAGM-2008天然射线灰分仪。该灰分仪于2017年7月调试完毕，取连续10日的灰分仪测定值与采样化验数据进行对比(表1)，结果表明：灰分仪误差波动范围为-2.49%～2.41%，平均绝对差值为1.63%，低于3.0%，可见灰分仪测量结果达到了高阳选煤厂的技术指标要求，且误差小，从而表明NAGM-2008天然射线灰分仪可以在煤泥胶带上正常使用，完全能够满足生产监控的需求。

表1 722#胶带机灰分仪测定值与化验数据对比

3.2 不同带速条件下的检测效果

722#煤泥胶带机试验达到要求后，2017年10月，高阳选煤厂又在711#矸石胶带机(带速3.15 m/s)安装了一台NAGM-2008天然射线灰分仪。NAGM-2008天然射线灰分仪测定的灰分数据见表2。

表2 711#胶带机灰分仪测定值与化验数据对比Table 2 Comparison of measured and analytical ash values at the 711# belt of transfer conveyor

由表2可见，布置在711#矸石胶带机上的灰分仪测定结果误差波动范围为-2.71%～2.66%，平均绝对差值1.88%，虽然高于722#胶带机的测量结果，但仍然低于3.0%，达到了高阳选煤厂的技术指标要求。

通过对两台NAGM-2008天线射线灰分仪近3个月检测数据的对比，发现胶带运行速度是灰分仪测定结果的影响因素，胶带速度增大，测定结果的波动范围也随之增大。分析灰分仪测量随机误差变大的主要原因是：压滤后的待测煤泥经刮板输送机卸落在输送胶带上，由于其形态不固定，空间分布不连续、不均匀，带速越快，煤泥通过灰分仪探测区的时间越短，因此导致灰分仪探测煤泥射线信号的统计涨落变大。该误差变化可通过调整天然射线灰分仪的采样频率、测量周期等参数得到改善。囿于目前工艺条件的限制，如果可以解决煤泥易堵的问题，改变煤泥输送流程，增加缓冲和转载环节，使煤泥在胶带上的分布形态更均匀、持续，天然射线灰分仪对煤泥的检测精度会更高。

4 结语

NAGM-2008天然射线灰分仪在高阳选煤厂压滤系统煤泥灰分在线检测中的应用实践表明，该灰分仪可连续测定煤泥灰分，能够及时、准确地反映压滤煤泥灰分情况，对浮选系统操作具有指导意义。由于检测物料是块状、堆状且随机断续的煤泥，因此胶带速度会对灰分仪测定结果产生一定影响，胶带速度增大，测定结果的波动范围也随之增大，这有待于今后采取相应措施，逐步完善检测工艺技术，从而获得更好的检测结果。

参考文献：

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