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淺談煤質(zhì)自動(dòng)分析技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展

2021-09-26 01:00:53陳功超戴旻睿
機(jī)電信息 2021年24期
關(guān)鍵詞:煤質(zhì)經(jīng)濟(jì)效益智能化

陳功超 戴旻睿

摘要:煤質(zhì)是煤炭銷售的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一,是煤炭企業(yè)生存與發(fā)展的根基,它深刻地影響著煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和品牌形象。因此,對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行有效的檢測(cè),可以充分保證選煤廠的燃煤效率和發(fā)電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的煤質(zhì)人工化驗(yàn)方法存在工序多、結(jié)果滯后和偶然誤差等問(wèn)題,鑒于此,對(duì)目前用于煤質(zhì)自動(dòng)分析的微波水分檢測(cè)技術(shù)、中子活化分析技術(shù)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)和近紅外光譜分析技術(shù)進(jìn)行了綜述,分析了這些技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn),最后指出自動(dòng)化、智能化是煤炭質(zhì)量分析未來(lái)發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞:煤質(zhì);經(jīng)濟(jì)效益;自動(dòng)分析技術(shù);智能化

0 ? ?引言

煤質(zhì)分析的主要內(nèi)容是元素分析和工業(yè)分析。合理利用煤的工業(yè)分析和元素分析,可以掌握煤的物化性質(zhì)以及有用元素的含量,由此指導(dǎo)鍋爐的運(yùn)行,優(yōu)化入爐煤的燃燒特征,提升煤的工業(yè)實(shí)用價(jià)值。電廠和選煤廠的煤質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)主要是水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、發(fā)熱量、硫含量等工業(yè)分析數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的化學(xué)檢測(cè)方法檢測(cè)結(jié)果精度高,代表性強(qiáng),具有很強(qiáng)的說(shuō)服力,但是需要對(duì)試樣進(jìn)行破碎、縮分、篩分、干燥、稱重等燃前準(zhǔn)備,一方面存在人為因素所帶來(lái)的偶然誤差,另一方面還存在著一些工序復(fù)雜、結(jié)果滯后的影響。而在線數(shù)據(jù)自動(dòng)分析技術(shù)能夠克服這些人為主觀性因素帶來(lái)的難題,還能對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)快速的實(shí)時(shí)分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配煤、燃燒鍋爐的負(fù)荷和參數(shù)的及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化。近年來(lái),國(guó)家提出加快煤炭工業(yè)改革,促進(jìn)煤炭工業(yè)智能化發(fā)展,迫切需要開(kāi)發(fā)和應(yīng)用煤質(zhì)自動(dòng)分析技術(shù)?,F(xiàn)有并得到廣泛認(rèn)可的在線自動(dòng)分析技術(shù)主要有微波水分檢測(cè)技術(shù)、中子活化分析技術(shù)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)和近紅外光譜分析技術(shù),本文將對(duì)這幾種技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 ? ?微波水分檢測(cè)技術(shù)

1.1 ? ?微波水分儀的原理

微波是一種由電磁振蕩產(chǎn)生的高頻電磁波,試樣的介電常數(shù)決定了微波對(duì)試樣的吸收和反射特性。試樣中所含有的水分在微波頻率段的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤樣中的固體,因而,當(dāng)微波通過(guò)含水物質(zhì)時(shí),由水分引起的微波能量的損耗是最顯著的,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于由煤樣中的固體引起的微波能量損耗。由電磁理論可知,微波穿透煤層后的強(qiáng)度衰減和相位偏移與煤炭中含水量存在確定的數(shù)學(xué)關(guān)系,由此可以建立合適的數(shù)學(xué)模型,利用編程技術(shù)擬合出強(qiáng)度衰減和相位偏移與水分含量的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式或函數(shù)曲線,并由多次的強(qiáng)度衰減和相位偏移值計(jì)算出煤炭平均水分,將結(jié)果與人工化驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比及誤差分析。

1.2 ? ?實(shí)驗(yàn)影響因素

多次實(shí)驗(yàn)證明,微波的強(qiáng)度衰減和相位偏移的主要影響因素有煤層厚度、堆密度和表面形狀等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著煤層厚度的增加,強(qiáng)度衰減和相位偏移相應(yīng)增大。原因是微波透射行程中所檢測(cè)的煤量增加,因此強(qiáng)度衰減和相位偏移隨之增加。另外,微波的強(qiáng)度衰減和相位偏移的大小與煤的松散度有關(guān),一般而言,壓實(shí)煤樣比疏松煤樣大。這是由于壓實(shí)煤樣的堆密度較大,微波透射行程內(nèi)煤的含水量占比較高,因而可以引起工作強(qiáng)度逐漸衰減和相位偏移增大。與規(guī)則平整煤樣相比,中間凸出20 mm的煤樣其強(qiáng)度衰減和相位偏移將增大,中間凹下20 mm的煤樣其強(qiáng)度衰減和相位偏移將減小。分析其原因后可知,煤層表面形狀由平整變?yōu)橹虚g凸出20 mm后,微波傳輸行程中的煤量和含水量增多,因而強(qiáng)度衰減和相位偏移將增大,中間凹下20 mm則恰好相反[1]。

1.3 ? ?微波水分儀的不足、補(bǔ)償和前景

微波水分儀取樣標(biāo)定的時(shí)間長(zhǎng),投入的工作需求量大,并且企業(yè)前期的投入成本費(fèi)用相對(duì)較高。每次測(cè)量只能重新計(jì)算和重新校準(zhǔn),有很大的局限性。

煤層厚度、堆密度和形狀的變化是強(qiáng)度衰減和相位偏移產(chǎn)生變化的主要原因,從而導(dǎo)致水分測(cè)量不夠準(zhǔn)確,影響最終結(jié)果。因此,可以在微波水分儀中安裝超聲波傳感器和閃爍計(jì)數(shù)器,以補(bǔ)償煤層厚度、體積密度和形狀變化帶來(lái)的影響,進(jìn)而完善測(cè)量的準(zhǔn)確度[2]。

微波技術(shù)在煤水分檢測(cè)中的應(yīng)用已顯示出很大的優(yōu)勢(shì),但由于以往實(shí)驗(yàn)研究?jī)x器經(jīng)費(fèi)過(guò)高,一定程度上阻礙了微波技術(shù)的發(fā)展。隨著新時(shí)期對(duì)微波技術(shù)的探索,微波技術(shù)的優(yōu)勢(shì)地位日益突出,微波檢測(cè)技術(shù)的智能化表現(xiàn)在朝高精度、高分辨率和高速度的方向不斷發(fā)展,具有非常廣闊的經(jīng)濟(jì)前景。

2 ? ?中子活化分析技術(shù)

2.1 ? ?中子活化分析原理

儀器中子活化分析稱為“中子激活分析”,利用中子輻照樣品引起劇烈的核反應(yīng),使樣品激活和輻射能量,用γ射線光譜儀確定其光譜,根據(jù)光譜峰值確定標(biāo)本的組成,對(duì)物質(zhì)元素進(jìn)行定性和定量分析。

2.2 ? ?中子分析儀的應(yīng)用

中子活化分析技術(shù)已在國(guó)內(nèi)發(fā)電廠、選煤廠得到應(yīng)用,以DF-5703(B)中子活化旁線煤質(zhì)分析儀為例,探索中子活化分析儀的測(cè)量指標(biāo)精度。利用汽車取樣器對(duì)幾十輛卡車的煤抽取試樣,用中子分析儀和人工化驗(yàn)兩種方法分別進(jìn)行試樣的灰分、水分、硫含量和發(fā)熱量的結(jié)果測(cè)量。將兩種化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,50組數(shù)據(jù)的各工業(yè)指標(biāo)誤差如下:含硫量、水分、灰分、熱值的測(cè)量誤差分別為0.05%、0.32%、0.45%、284.2 kJ/kg[3]??梢悦黠@看出,自動(dòng)檢測(cè)數(shù)值與人工化驗(yàn)數(shù)值之間存在著一些很小的誤差,體現(xiàn)出中子活化分析儀的測(cè)量精度較高。

2.3 ? ?中子分析儀的優(yōu)越性和不足

中子活化旁線煤質(zhì)分析儀以其穩(wěn)定性好、測(cè)量準(zhǔn)確度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的認(rèn)可,可用于測(cè)定煤的灰分、水分、全硫分、發(fā)熱量等指標(biāo)。該項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有取樣、制樣等人為影響因素的干擾,分析研究結(jié)果可以更加客觀準(zhǔn)確。

但是這項(xiàng)技術(shù)具有放射性,其應(yīng)用受到輻射帶來(lái)的安全問(wèn)題的限制,樣品需要測(cè)量不同半衰期的核素,而且大多數(shù)元素的分析周期較長(zhǎng),希望未來(lái)的中子活化分析技術(shù)能夠盡快突破輻射安全問(wèn)題。

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