（矿物加工工程专业论文）γ射线灰分仪在跳汰选煤上的应用研究.pdf

y 射线灰分仪在跳汰选煤中的应心研究 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 摘要 煤炭是我国的主要能源，如何提高煤炭的利用效率对发展我国的罔民经济意 义重大。其中，提高选煤技术水平至关重要，y 射线煤灰分仪在跳汰选煤中的应 用研究就属于该领域的问题。 本文在对跳汰机分层理论、y 射线灰分仪对精煤的在线测黾、对精煤的自动 凹控、z z 8 9 型煤灰分仪在线测量原理及其标定研究的基础卜，通过对百善选 煤厂y 射线灰分仪在线测量所得到的现场数据进行分析，了解到精煤的粒度、含 水量两个主要因素对灰分仪测量精度的影响，然后从减少这两方面的因素影响的 角度出发，在实验室把两种工艺生产的精煤做对比实验，确定了提高煤灰分仪效 率的设计方案。 最后，建立相应的数学模型。通过模型应用，使得精煤产品的灰分值进。步 接近精煤产品的灰分的真实值，从而使得精煤产品灰分具有更高的可信度。 关键词：y 射线灰分仪、跳汰选煤、粒度、水份、数学模型 第1 贞 ￥射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 t h es t u d yo fv r a yc o a la s hc o n t e n ta p p a r a t u sa p p l i c a t i o nt ot h e j i g g m gc o a lr u n n i n g a b s t r a c t c o a li st h em a i ne n e r g yo fo u rc o u n t r y ，h o wt om a k eu s eo ft h ec o a l a n dr a i s ee x p l o i t a t i o ne f f i c i e n c yi sv e r yi m p o r t a n tt ot h en a t i o n a le c o n o m y a m o n gt h e m ，t h ee x a l t a t i o no ft h ej i g g i n gc o a lr u n n i n gt e c h n i q u el e v e li s t h em o s ti m p o r t a n t ，t h es t u d yo fy r a yc o a la s hc o n t e n ta p p a r a t u s a p p l i c a t i o no nj i g sb e l o n g st ot h i sf i e l d o nt h eb a s i so fs t u d yo fl a y e r i n gt h e o r i e so nji g s ，t h eo n l i n em e a s u r e a b o u tt h ef i n ec o a lb yy r a yc o a la s hc o n t e n ta p p a r a t u s ，t h er e p e t i t i o n c o n t r o lo ft h ef i n ec o a la u t o m a t i c a l l y ，t h eo n l i n em e a s u r e m e n tp r i n c i p l e a n dd e m a r c a t eo fy - r a yc o a la s hc o n t e n ta p p a r a t u s ，t h i sp a p e rh a s c o n c l u d e dt h a tt h ep a r t i c l es i z ea n dc o n t a i n i n gw a t e rq u a n t i t yo ft h ef i n e c o a la r et h et w om a i nf a c t o r st ot h ea c c u r a c yo ft h ea s hm e a s u r a t i o n ，b y a n a l y s i n gt h e l o c a ld a t ao fb a i s h a nf a c t o r y t h e nw ed ot h ec o n t r a s t e x p e r i m e n tt ot h ef i n ec o a lp r o d u c to f t w ok i n d so fc r a f ta tt h el a b o r a t o r y ， f o rt h es a k eo fr e d u c i n gt h ei n f l u e n c eo f b o t hf a c t o r s ，u l t e r i o r l y ，w em a k e t h ed e s i g np r o j e c to f t h ei m p r o v i n ge f f i c i e n c y a t l a s t ，w e b u i l d u pt h e r e l a t e dm a t h e m a t i c s m o d e l b y t h e a p p l i c a t i o no f t h em o d e l ，w ec a nm a k e t h ea s ho f t h ef i n ec o a lp r o d u c tn e a r t ot h et r u ev a l u ef u r t h e r ，t h u st h ef i n ec o a lp r o d u c th a st h eh i g h e r c r e d i b i l i t y k e yw o r d s ：y - r a yc o a la s hc o n t e n ta p p a r a t u s ，ji g g i n gc o a lr u n n i n g ， p a r t i c l es i z e ，c o n t a i n i n gw a t e r ，m a t h e m a t i c sm o d e l 第l i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已纾发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得塞邀堡王盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：身、广翮 签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学 位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单 位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工 大堂一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保 密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：尊亍砚 签字日期：游参月够日 v 射线灰分仪在跳汰选煤中的心用研究 第一章绪论 1 1 选题背景 我国是世界t 规模最大的煤炭，j 0 。幽，年产量达1 4 亿吨以上，煤炭是我【到的主要能 源和重要化工原料。显然，提高煤炭的利用效率对发展我国的困民经济意义重大。同时， 由于跳汰选煤占仝郜入选原煤的7 0 左右，凶此跳汰机选煤技术水平的高低对提高煤炭 产品的质量和刚氏成本至关重要。近年来，发达国家的原煤洗选的比例高，厂型广泛趋向 于大型化，并j “泛使用y 射线在线监测和f 叫控，实现了选煤厂高度自动化。随着我国经济 改革的深入，特别是中国加入 r l o 后竞争的需求，我国的大中小型选煤厂只有尽i t ，能达 到低成本、高质量、高效益，j 胄站稳市场，增强在国际上的竞争力。要实现这一目标， 新建选煤厂( 包括老厂改造) 必须在设计【：从提高选煤精度的角度着手，充分实施控制及 回控的高度自动化，才能使自己适应市场需求，提高市场的竞争力。选煤行业经过多年的 不断努力，使原来跳汰机洗选后的精煤人工采样被王见在的y 射线煤灰份仪所代替。由r 采 用了工控机控制，人机界而友好，数据显示更直观和准确，操作更方便，参数调节更容 易，并刚氐了工人的劳动强度，这就使选煤行业发生了根本意义上的变化。总之，无沦足 从经济角度，还是从选煤技术角度考虑，对y 射线煤灰分仪在跳汰选煤中的应尉洧非常 重要的研究价值和极其深远的意义。 1 2y 射线煤灰分仪应用的意义 煤灰分是煤在一定温度下充分、完全灼烧后，氧化物残渣的百分重量。荻分与煤的发 热量等重要指标密切相关，是煤质评定和销售定价的= = 要依据之一。据估算，焦碳t i 荻分 每升高l ( 即1 w t ! j 6 ) ，将导致炼铁时焦比噌加2 9 6 2 5 ，高： 自单产降低2 5 ：，炉渣增 加2 7 2 蛳。所以，控制精煤产品灰分稳定，无论对宏观经济效益还是对各企业的经 济利益都很重要。且常规的灼烧涣0 灰方法，因工序繁，得出结果的滞后时l 剐长，1 i 崩莆足 随时监测的需要。因此，选煤厂生产中很需要煤灰分在线、快速澳十量手段，以便能随时监 测灰分值，及时调节工艺参数和决定配仓操作。 利用核辐射测量技术，集合计算机技术可以实现煤灰分的在线、快速测量。许多国家 在这方面已进行了很多研究和实际应用工作。主要方案有低能v 反散射方法，高能y 湮没 辐射方法，利用中子非弹性散射和俘获辐射的元素分析方法，以及双能量y 透射吸收方 法。清华大学研制的z z _ 喝9 a 和z h ；9 b 型以及澳大利亚的c o a ls c a n 型煤灰分仪均 属于双能量y 透射吸收方法。 y 射线煤灰分仪都具有煤灰分动态测量技术特点，可以直接对传送带上散煤作在线测 量，不要采样、破碎、制样等附加设备；是不接触测量，所以不会影响输送带运行；没有 垂直偏析现象；对煤的最大黻无严格限制；对一个煤样单次测量结果的可信度高；所用 _ r 辐射源属中、低能量，容易屏蔽，可保证安装现场的辐射剂量接近本底水平，即与其他 】：作场所群。 第l 负 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的鹿i l i 研究 1 3y 射线灰分仪的发展概况、类型及特点“1 。“。 1 3 1y 射线灰分仪的发展概况 自6 0 年代以来，世界上许多国家，如澳大利亚、英围、美国、德国，俄罗斯、波兰 等在致力于核辐射探测技术测量煤灰分的研究。从6 0 年代至今y 射线灰分仪大致经历了 以f 二个阶段，可归纳如下： 1 ) 低能y 射线反散射与法。低能y 射线的质量衰减系数与原子序数有天，如果把低 能y 射线入射到煤中，反散射y 的强度将与煤灰分有关，随着煤的灰分增高，按近似线性 的规律减少，所以叮以通过测量低能y 的反散射强度来测定煤的灰分。而且山于反散射计 数与灰分之间关系简单，不需要复杂的计算，只需要用简单的模拟电路就能实现，所以往 计算机技术尚未广泛应用的6 0 、7 0 年代，低能y 射线反散射方法是利用核探测技术测量 煤灰分的切实可行的方法。但是这种方法要求被测量煤佯表面与探澳蝽 之间的距离保挣一 定；要求煤样的松散度不变。因而，对被测煤的粒度要求严格，要求被测煤样的表面平 整，煤样品表面与探测器之间相对位置保持不变。如果把它用于在线煤灰分测量，必须有 复杂的采样、混合、破碎、制样的附加设备，而且要求这种设备能在现场连续地长时m j i 垂 行，实现起来比较困难。所以，低能y 射线反散射) 钳圭”原理上决定了它难以满足煤质控 制所要求的在线测量要求。 2 ) 高能y 射线湮没辐射方法。高能v 射线在煤中产生的湮没y 辐射( 5 1 k e v ) 的强度 与煤的平均原子序数有关，因而能反映煤的灰分大小。适宜于这种方案的高能y 放射源足 2 2 6 r a ，如果采用这种方案，存在2 2 6 r a 的子体氡射气泄漏的潜在可能，而雕稿射屏蔽和测 萤设备比较昂贵，相比之下不如双能量y 透射方法好。 3 ) 双能量y 射线透射方法。利用低、中两种能量y 束透射被测煤，可以在煤层厚度 随 几变化f 青况下测定煤的灰分。按这神基本原理做成的灰分仪能够直接对传送带上的散煤 实观灰分在线测量，不需要分流、取样、制样等附加设备；对煤的粒度没有严格要求；不 存在垂直偏析，煤层上、下扶分分布不均匀不会影响测量结果；所用的y 放射源是中、低 能量，容易屏蔽，辐射安全性好；虽然需要复杂的计算，但在目前计算机技术7 k 平卜，并 不是什么困难。这种形式的了y 辐射煤灰分仪总体陛能好，能满足生产实际对煤灰分在线 测量的要求，而且价格适中，所以得到广泛的应用。 最早的、比较成功的是澳大利亚m c i 公司在8 0 年代初生产的双能量y 射线 c o a l s c a n 3 5 0 0 型，它的陛能与清华大学现在研究的z z 8 9 型灰分仪相当。目前使用最好 的是澳大利亚林康公司在9 0 年代生产的双能量y 射线c o a l s c a n 2 5 0 0 型，基本j ：出现了无 人抽样的情况。据东潍选煤厂和鲍店选煤厂的领导介绍，出仓精煤检测结果与商品煤人 【抽样检测结果相差无几。 我国的清华大学工程物理系在8 0 年代，r 开始立项开展双能量y 射线透射法煤狄分 在线测量的研究，并于9 0 年代初通过了技术鉴定，成果被批准列入为9 5 国家级科技成果 重点推广计划项目。并已在该科研成果基础上，研制了z z _ _ 8 9 a 型在线式y 辐射煤灰分 第2 更 ￥射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 仪，和z z _ _ 8 9 b 型扫描式y 辐射煤灰分陕速测定仪两种产品。1 9 9 6 年以来，这两种型式 y 辐射煤灰分仪陆续地应用于选煤厂精煤产品的检测、入厂煤灰分的监捌岈口原煤按灰分分 级入仓控制等。应用情况表明，对指导煤炭牛产和提高管理水平，都很有好处，经济效益 十分显著。随着我国社会主义市场经济的发展，埘煤产品的灰分的要求会越求越严格、准 确，预期对y 辐射煤灰分仪的需求会进一步增加。 1 3 2 y 射线灰分仪的类型 目前，世界各 习用于测量灰分的仪表大都是同位素测灰仪，无论是双射源还是中射源 测灰仪均采用低能源镅( “1 a m 、6 0 k e v ) 构成，低能y 射源与煤相互作用时，散射y 射源 强度的大小与煤的灰分有关。由于它足核技术与计算机相结合的高科技产品，它具仃存 线、准确等特点，除广泛地应用在选煤厂外，还在焦化厂，钢铁厂，电等企业，片j 于指 导生产，监督产品质量，增加经济效益。 y 射线灰分仪发展到今天，结构类型已有很多，用途亦很广，按不同的分类方法可归 纳概括如下： ( 1 ) z z - _ 8 9 型y 射线灰分仪。它是清# 大学r 程物理系1 9 9 6 年开发研制的住线、 快速、连续测灰设备，也是中国目前最先进的- - i t 。利用的是低能源镅( 2 4 1 a m 、6 0 k e v ) 和中能源铯( 1 3 7 c s ，6 6 2 k e y ) 双能源y 吸收方案，有z z 8 9 a 型和z z _ _ 8 9 b 型y 射线扶分 仪两种形式。其中z z - _ 8 9 a 型是固定安装在输 某皮带架旁边，作在线灰分测量；z z - - 8 9 b 型是用来对采的的煤样作快速灰分测量，由于具有煤灰分动态测晕技术，能对样品桶巾煤 样作扫描式测量。 z 醐a 型在线测灰仪主要由c 型可旋转探测架，上位机仪表柜，数码显示器等组 成。 ( 2 ) f h v 一2 型y 射线荚分仪。它是由煤炭科学研究总院唐山分院研制的单能量y 射 线源。灰份仪的探头中使用3 7 0 0 m b q 的低能源镅( “a m 、6 0 k e v ) y 射线源，它随时都在 放射f 氐能( 约6 0 k e y ) 的y 射线源。 f 酐一2 型y 射线灰分仅主要由探测器，主放大器，甄别器，整型器，和积分器等组 成。 ( 3 ) s c l - - 2 0 0 0 型y 射线灰分仪。它也是采用低能源镅( 州a m 、6 0 k e y ) 和中能源 铯( ”t c s ，6 6 2 k e v ) 取射源。 s c l - - 2 0 0 0 型y 射线灰分仪主要由y 射线双电子源，n a l 探测器，稳峰器扫描控制 系统，i p c 工控棚及应用软件组成。 ( 4 ) f j 一2 8 2 1 型v 射线灰分仪。由西安2 6 2 厂生产，主要由测量装置和控制装置组 成。 ( 5 ) c o a ls c a n 3 5 0 0 型y 射线灰分仪。它由澳大利亚m c i 公司于十九世纪八十年代 生产出来的，但典陛能已与中国的z z 一8 9 里性能相当。 ( 6 ) c 0 a ls c a n 2 5 0 0 型y 射线灰分仪。它也是由澳大利亚m c i 公司在c o a ls c a _ n 3 5 0 0 型基础上改进的，也是目前世界上最先进的y 身拨灰分仪。山东兖州集团的东滩、鲍店、 第3 贞 v 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 必隆庄等矿率先使用，并且取得了重人成效，基本上代替了人i | 抽样。c o a ls c a n 2 5 0 0 型 y 射线灰分仪采用低能源镅( 2 4 1 a m 、6 0 k e y ) 和中能源铯( 1 3 7 c s ，6 6 2 k e y ) 双射能最源 的方法动态地对煤流进行灰分检测。 c o a ls c a n 2 5 0 0 型y 射线灰分仪主要由c 型支架探测器，挖制柜，射源，计算机终 端显示器等组成。 13 3 y 射线灰分仪的特点 y 射线灰分仪是现代高科技的产物，结合国内外先进技术把核子射线技术及计算机技 术= i 机地、智慧地结合存一起，实现煤灰分含量的存线测量，显示出自晰术有的快速、准 确、方便等特点。 ( 1 ) 快速 数据取样时l i 廿j 约6 0 毫秒，连续测量输送带上煤的灰分，可给出1 分钟、1 0 分钟、i 小时等不同时间对重量加权的平均值。 ( 2 ) 准确 由于采用了穿透能力很强的y 射线及智慧的汁算机软件处理，使得整个测最 过程中对煤的水份含量、煤层厚度、煤层断面的对称性影响不大，冈此保h f 了高 准确度。 ( 3 ) 测量是无接触的，不会影响正常工艺过程。 ( 4 ) 安装方便 z 醐a 型只需在皮带f 安装可旋转c 霉! 架即可。要求传送带上煤流混合均匀，无缬 产锵成型、刮平，没有垂直偏析现象，安装环境要求一般，容易达到。 ( 5 ) 操作简单 使用人员学习很短时间便能掌握。数据处理方便：呵生成e x c e l 报表，直接打出h 报、月报表及实现互联网，完成工业系统信息的自动化管理。 1 4 双能量y 射线灰分仪在现场的使用情况刨2 】 1 4 1 在线式测灰仪在配煤中的应用 1 4 1 1 选煤厂装车配煤时灰分的在线检测 为了提高煤炭的利用效率，不但要求煤炭灰分稳定而且对煤的灰分等级要求也很 细。但是选煤厂只能生产有限几种灰分的煤，为了满足不同用户的需要，往往住装车时， 需要用有限月种灰分的煤进行配制。 目前实行的大多是按质量配煤，操作人员根据各仓煤平均的估计灰分值，决定各自 的给料量。由于煤仓内煤灰分不是均匀的，配得的煤次分往往不稳定而且误差较大。为了 保、证i 葫足用户的质量要求，只能采取以偏盖全的做法，即有意增自日f 氐灰分煤的比例，这样 做显然对选煤厂不利。 如果在装车配煤时，用y 辐射煤灰份仪对配得的煤实行灰分在线检测，捌) 萸分反 尉氰息，结合自动控制技术，就能实现“品煤配噪装车的灰分自动控制，预期能使配得的 笫4 页 y 射线灰分仪神：跳汰选煤中的应用研究 煤灰分更稳定，而且更容易做到灰分既不超标，而y d p h f 自幽醚蔓近用户所要求的值。 图11装1 j 日e 煤控制系统示意图 图1 1 是个由y 辐射煤灰分仪提供灰分反馈信息的装车配煤控制系统示意图。自 动控制计算机根据y 辐射煤剑义测得的灰分以及预定的控制目标，决定参加配煤的各种煤 ( 例图所示为两种煤) 的给煤量。给煤机的振动电机由变频调速器提供动力电源，渊节变 频器的频率，使振动电机的频率改变，从而改变给煤量。而变频器的频率由，可编程逻辑控 制器( p l e ) 调节。 图示的配煤系统通常有自动和手动两种t 作方式。在正常工作情况f ，进行自动摔 制配煤，当遇到系统有故障时，可以丌肩手动配煤，由操作人员参照y 辐射煤灰分仪测得 的灰分，手动调节变频器的频率，以作应急之用。 在线式v 辐射煤灰分仪不但能给出煤的灰分，还能给出煤流量，即可以输给自动控制 计算机荻分和煤流量两个参数。这一功能在实现自动装车配煤时应该加以利用。 14 1 2 动力配煤时灰分的在线检测 在动力煤应用上，更需要实现配煤。动力配煤是将不同牌号、不同品质的煤，按一 定比例配制，使配得的动力煤，其化学成分、岩柑睛况、物理特陛和燃烧陆能等指标，更 适j 燃设备的要求，从而提高燃煤效率和减! ! 冲融蜊瞰。动力配煤的优点是可以发挥各 种煤的特点，互相取长补短，使得到的产品综合性能最佳。例如，一食煤矿昕生产的动力 煤，经洗选后是低灰分、低疏和高热值的优质煤，但由于它的乡e i 容蒯氐，煤灰中氧化钙含 量高，水份又比较大，因而不十分受用户欢迎。而另个矿生产的洗动力煤，厌熔点高 煤荻中氧化钙含量低，水份也比较低，但是硫分超过】，灰分也高达1 3 5 左右，而日 氯含量也比较高，用户对这种动力煤也不满意。但是，如果把这两种动力煤按定比例配 制后，达到互相取长补短的效果，所配制的煤就会受到用户的欢迎。 第5 页 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的应州研究 在实行动力配煤的生产过程控制中，需要多种煤质检测手段，而日最好足在线的检测 手段。显然，在线式y 辐射煤灰份仪来承担动力配煤时的灰分在线检测任务，是非常适合 的。 142 利用在线v 射线灰分仪进行分贮与配煤自动化的应用 为了适奶越来越激烈的煤炭市场的要求，煤炭白“商必须在成本和煤质上下功大，使 采自各煤层的煤炭满足以下2 个目标： 第一，必须随时监测发、运煤炭的质量使鲻茼足片护合同的质量要求： 第二，有效分配和平衡优质煤和劣质煤。 ( 1 ) 实现方式 存线分贮及配煤系统见图1 2 。在线分贮和配煤系统是监测勺。和控制质最最为经济 的方案。分贮系统的主要功能是检测批量煤炭的质量并进行分类，供酉己煤系统使用。将煤 炭按质量分类柬保证配煤系统有效工作。在线分贮和配煤系统是监测生产和控制质量最为 经济的方案。 r 受分贮和配煤控制的环节 y 射线分析仪相关设备 图1 2 在线煤灰分仪分贮和配煤控制 第6 页 囫固 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 ( 2 ) 分贮系统 毛煤经过破碎、采样并经过y 射线分析仪进行分析后输送至转载站，根据质最及其它 生产考虑可以宜接上仓贮存，或装车给工业用户或电j 。煤质分析t 划制言号传到位于控制 室的控制装置上，分贮控制软件发出指令，通过p l c 网络、控制仓上翻板机构动作，使来 煤进入指定的仓中。根据操作人员输入的l i f e 、动作可以按每分钟间隔或更大时i n i i h i 隔 ( 3 ) 配躁系统 来自3 个煤仓的煤通过给料机装入皮带运输机。配煤系统采用另一台y 射线煤质分析 仪。经过皮带简差机将仓下配煤输送至转载站口j 供向工业用户或电厂发运。 配煤系统控制装置与分贮控制装置在同一个控制室。采用煤炭优化和配煤软件，通 过p l c 网络控制3 个给料机动作。配煤指令每分钟发出一次，以此连续控制煤质。操作人 员可输入原煤选择、质量目标、混合类型、批量吨数及其它参数。分贮和配煤系统均i j 储 存数据库，可以监视质量趋势，也可以从p l c 网络的其它a l j l , 接h 监视运行效果。 1 4 3 应用在线式y 辐射煤灰分仪实现原煤按灰分大小分别入仓 由于矿井_ f 煤层内的差异以及开采过程中混入矸石情况不同，从井下采得的煤，灰 分会很不样。当开采煤层中间部分时，煤的灰分会比较低：而开采接近岩石部分的煤 时，灰分就高。所以从矿井下输送t 来的原煤，其灰分大小将会因开采位置改变等原凶， 而随时变化，而且变化范围相当大。而应用煤炭或对煤炭作进一步加工用户，为了提高利 用效率或使n 口工更容易，要求煤的扶分变化越小越好。所以，在原煤生产，迫切需要对片 卜采得的原煤7 ) 7 - , 1 7 t 安灰分大小分别入仓，以便为用户提供灰分大小切合他们需要的煤。这 样做，宏观上是对煤炭资源的合理利用，对煤炭生产企业本身，也能促进对外销售。f 1 4 是，由于以前没有媒灰分在线测量手段，长期以来，在原煤生产中，基本上处于把采得的 灰分大小参差不一的煤混着装仓的不合理状况。 利用z z - - 8 9 a 型在线式y 辐射煤灰份仪，很容易实现原煤按灰分大小分别入仓，只 要把它安装在原煤传送带上，根据它在线测得的灰分人小，来控制传送带上的煤进入与它 灰分柜适应的煤仓。而且，利用z z 8 9 a 型在线式y 辐射煤灰分仪具有的“区间灰分”查 询功能，可以方便地知道任意时间段内，被装入各煤仓的煤平均灰分的大小以及煤的吨 数。 已经有原煤j 产企业采用z z 一8 9 a 型在线式y 辐射煤灰分仪，实现了原煤按灰分大 小入仓，不但促进了销售，而且为他们企业创造了可观的经济效益。 1 4 4 应用扫描式y 辐射煤灰分快速测定仪控制进厂煤的质量 据估算，焦炭灰分每增加l ，枸导致高舻哔产降低2 5 ： ，舻曜蝴h2 7 2 9 ；而且焦炭灰分的稳定，直接关系到炼铁生产的顺利进行。所以，刚氐焦炭灰分， 并控制焦炭灰分稳定，对钢铁企业的经济效益是至关重要的。为了保证焦炭灰分合格，首 先必须保证焦炭原料的质量，因此，钢铁企业的焦炭生产部门，非常重视来料煤的捉分控 制。 目前，在许多焦化厂，由汽车运输的原料煤占有很大比例，每天进厂的运煤汽车可 第7 贞 y 射线灰分仪住跳汰选煤中的应用研究 达几百辆，而且往往柬白不同的选煤j ，如果1 i 逐车检查灰分，很难保证整体原料煤的狄 分合格：而由丁车数太多，用传统的化验法难以做到逐车检查。由于z z 一8 9 b 型离线扫描 式y 辐射煤灰分陕速测定仪只要3 5 m i n ，就能测最一个煤样的灰分，而且测虽结果准 确，非常适用于进厂煤灰分的逐车检查。 1 4 5 应用扫描式y 辐射煤灰分快速测定仪作多种煤样的快灰测定 选煤厂有许多生产环节和设备，为了及时了解各生产环节煤质情况和设备的运行状 况，需要对各生产环节和设备的多种煤样作快灰测量，例如入洗原煤、中煤、矸石、 乎选 精煤、混精煤，以及每一台选煤没备的精煤产品等。采用传统的化验法，工作繁重而且及 时性差。 z z 一8 9 b 型离线扫描式y 辐射煤灰分日商塞澳啶仪能够测量各生产环节多种煤的灰分， 只要事先对每种煤分别标定，赋以各自的参数，其单次测量的可信度高，给出结果准确 而又迅速及时。把它应用丁选煤厂的各种煤样的决灰测定，是非常适宜的。 1 4 6y 射线灰分仪在商品煤上的应用 在线y 射线灰分仪灰份仪可以直接对传送皮带上的敞噪进行在线测量，不需采样、制 样、化验等附加设备，把人为因素降到最低。实现了动态流测量，及时指导生产，i 咖毫解 决了长期以来人1 = 采样误差大、人丁化验时问艮( 1 5 小时左右) 、指导牛产严重滞后的问 题。使用在线灰份仪，灰分显示与司机操作同步，及时指导操作，确保了商品煤的质量。 同时，让在线灰份仪测得的数据去控制商品煤入仓翻板，对灰分小于1 0 8 的商品僬入1 号仓，否贝【l 入2 号仓，实 j 分装、分运、分质量、分等级( 囡为出口精煤的荻份要求小r 1t ) 。既保证了煤质，也避免了商务纠纷，同时也将经济效益控制在最佳点。 1 5 本人所做的主要工作 本人在该课题立用研究方面，主要1 故了以下一些工作： i ) 阐述了跳汰选煤的分层机理和v 射线灰分仪在跳汰机e 应用的一崞现状： 2 ) 阐述了清华大学研制的z z 一8 9 型y 射线灰分仪的工作原理及影响灰分仪精度因 素； 3 ) 就百善选煤厂z z 一8 9 型y 射线灰分仪在线回控目暾浏捞觏9 量现场采集的大量数 据进行数据处理和数据分析，进而确定在以跳汰选煤为主因浮选工艺对灰分仪测量精度的 影响情况； 4 ) 对现场采得的煤样进行比对实验，验证实验方案的可行眭，进一步提出了改进方 案来提高灰分仪的在线测量精度：即在煤流通过灰分仪灏0 量之前，加个s 型煤犁使得煤流 在通过灰分仪之前能够充分混合，来减少粒度和水份对灰分仪澳4 量黻的影响。 5 ) 针对得到的a 。与彳化的数据系列，通过分析建立“质量近似”模型，本模型的 应用，主要目的是对灰分测量值进行校正，使得精煤产品的灰分值进一步接近精煤产品销 售灰分的真实值，使生产出地精煤产品灰分具有更高的可信度。 第8 页 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的心用研究 第二章y 射线灰分仪在跳汰机上的应用 2 1 跳汰床层的松散机理“ 跳汰机是种机械矿物分选设备，存现f 眦的大型选煤厂的，七产中占有亘要的地f 扛。 跳汰选煤具有生产周期短、生产效率高、生产量大、自动化程度日益提高等优点，所以白 问世以来，就得到了广泛的应用。 2 1 1 跳汰机的工作过程 跳汰机的结构示意简图见图2 1 所示。图中不同阴影部分表示跳汰机内不同密度物料 层的分布情况。 图2 1 跳汰机结构简图 1 一风阀；2 一入煤口；3 一原煤；4 一矸l 】；5 一筛板：6 压力顶水：7 一排计 道；8 一排中煤道；9 一排料轮i1 0 一中煤：1 1 一精煤出口；1 2 一精煤 跳汰机在工作过程中，被选物料( 原煤) 在给入跳汰机后落到筛板上，形成一个密集的 物料层，这个物料层称为床层。在给料的同时，风阀周期地开启和关闭。当进气风阀开启 时，压力风经过风口进，入圆呔室，使水具有定的压力，压迫水流上升，床层被冲起，呈 现松散及悬浮状态。此时，床层中的矿粒，按其自身的特性( 密度、粒度和形状) ，彼此作 相对j 垂动，开始进行分层。当进气风阀关闭时，水流停止上升，但还没有转为_ f 降水流， 此时，由于贤生的作用，矿粒仍在运动，床层继续松散、分层。当排气风阀打开时，水流 转为下降，床层逐渐紧密，但分层仍在继续。当全部矿粒落回筛面，它们彼此之间已经丧 失相对运动的可能，则分层作用基本停止。f 降水流结束，床层完全紧密，分层便暂告结 束。水流完成一次周期性变化所用的时问称为跳汰周期。在一个周期内，床层经历了从紧 密到松散分层再到紧密的过程。颗粒受到了分选作用。只有经历多个跳汰周期之后，分层 第9 页 v 射线灰分仪住跳汰选煤中的应用研究 爿逐渐完善，最后，高密度矿粒集中1 砾层下部，低密度矿一粒则集中在床层上部。每密 度的矸石从矸石排料口排出，中煤从中煤排料u 排出，低密度的精煤则从上端的精煤溢流 堰排h ，从而得至i j n 呔洗选的i 种产物。 2 1 2 床层松散机理 1 、床层松散的类型 从物料床层在整个跳汰周期中的松散过程看，床层的松散分层与水流脉动特胜有着t 分密切的关系。在实验室中通过改变床层厚度、脉动水流上升最 k l g _ r x 、加速度，i j _ 以说 明床层松散有四种类型： 1 1 上层先于| = 始松散然后下层松散 当床层薄，上升水流速度、加速度很小时( 水流速度t f s c m s ，加速 度a = 3 c m s z ) ，床层从上层开始松散，然后下层松散或不动( 如图2 2 a 所历二) 。 2 ) 上、下层先丌始松散，然后中间层松散 当床层中等厚度，上升水流速度和加速度中等时( 如速度u = 1 0 - 2 0 c m s ，加速度n = 1 2 4 5 c m s 2 ) ，在上升初期床层整个被托起之后上层和下层首先松散，然后中间层松散，这 时整个床层能很快松散，为物料按密度分层创造了先决条件( 如图2 2 b 所示) 。 l 2 0 ， 1 0t 2 0 ， 2 0 ， ( a )( b )( c )( d ) 图2 2 床层松散类型 3 ) 下层先松散，然后_ l n 9 2 散 当床层厚度较大，厚度t t = 3 0 0 m m 并以较大的上升水流速度和加速度( u = 4 0 c m s ，加 速度a = l s ( k - r l f e ) 作用于床层，则在上升期出现床层整个被托起，之后下层开始松散，重 粒首先下降，而上层松散不显著( 如图2 2 c 所牙专) 。 4 ) 床层整体移动，没有明显松散 当床层很厚、上升水流速度及加速度也很大h e ( u = 8 ( k n s ，a _ 7 2 0 伽唐) ，床层形成整 起整落，基本上不松散( 如图2 2 d 所身勺。 实验证明，上述四种松散状态中，以第二种类型最为理想，床层松散快、分选效果 好。 2 、床层松散的影响因素 床层松散状态与水流脉动特性有关，而水流脉动抒眭不仅与跳汰机的风水制度段风 ti i v松散方向 l_ll，l v 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用副 究 阀特性有关，而且与使用的跳汰频率、振幅、床层厚度、物料的性质( 包括物料的粒度组 成和密度组成l 等都有很大的关系。 1 ) 风水制度与风阀特瞧对床层松散状态的影响 增加风量和筛下水都能提高松散度，使松散度的变化范围增大，但对维持床层松散 状态的刚间并无明显的增加。改变风阀特性和改变风量的大小对床层松散的影响足不同 的，延长风阀的膨胀期，能显著地延长床层处于松散状态的时间，但一般不能改变松敞度 的人小。延长进气期傲也能使松散度增加。但进气期的时l 日j 超过排气期时，松散度反而 町能下降，这可能与风阀的进气孔面积和排2 好l 面积比例有关。 2 ) 跳汰频率对松散度的影响 在其它条件不变的情况下，跳汰频率增加床层松散度显著减少。对筛卜空气室跳汰 机进行了测试，测试结果见表2 1 。 表2 1 筛下气室跳汰机跳汰频率与松散度的关系 跳汰频率( 7 欠m in ) 3 85 05 66 27 0 中间床层的最犬松散度r i l r 。l 0 5 40 5 20 4 8o 4 60 4 5 下层床层的最大松散度m 。o o 5 6 o 5 40 4 60 5 l0 4 7 3 ) 床层厚度及物料眭质对松散度的影响 要维持跳汰过程的正常分选， 床层必须具有一定的厚度。床层过 薄，松散度过大，甚至会破坏分层； 床层过厚或矸石层厚度增加时，松 散度会减少。床层厚度h 与松散度 m 的关系见图2 3 。床层的合适厚度 还与物料的性质有关。原料中细粒 较多，矸石量大时一般床层薄些； 粗粒级多，矸石量少时，床层可以 厚些。若床层厚度不变，随着床层 粒度组成变细，通常松散度也逐渐 增加，但细粒级达到一定的比例 卜h 图2 3 床层厚度h 与松散度m 的关系 时，松散度可能反而下降，以至引起厨谵不能很好分层，而造成床层整起整落。 2 2y 射线煤灰分仪用在跳汰机上对精煤的在线测量1 4 1 懈3 。1 6 3 2 2 。1 其基本工艺流程系统示意图 y 射线灰分仪在跳汰机e 对精煤在线测量的系统工艺流程如图2 4 所示： 在缓冲仓灌仓皮带e 安装有在线测灰仪，入洗原煤经过缓冲仓进入、跳汰机，用于监测 第1 l 页 ，i 一暴v 窆 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 入洗原煤田暹，为跳汰司机提供参考。 2 2 2 基本控制环节 跳汰机的精煤皮带上安装了在线灰分仪后，具有数控风阀、自动排料、缓冲仓仓f 立闭 环控制给煤量等功能。 1 ) 在线灰分监测仪。监测仪主要技术参数如卜： 测量时间：通常为1 分钟( 澳太利业的c o a l s c a n 2 5 0 0 型) ：通常为5 7 分钟( 清 华人学的z z 8 9 型) 。也可由用户自行设定。 分析精度：灰分测量精度视具体现场的灰分含量和其变化而定。通常测量精度为： 在个标准偏差_ 卜，对精煤灰分的测量为0 5 。 模拟输出：扶分仪具有标准4 2 0 毫安模拟输出。 灰分仪i i 精煤皮带 图2 4 跳汰系统在线测量t = 艺流群图 2 ) p l c 排料系统和数控j ) ( l 阀 为了及时而连续地排出重产物，使产品分离和保持稳定、合适的床层厚度，现代化的 跳汰机都采用了自动排料装置。跳汰机的自动排料装置由检测元件、控制装置和执行结构 三部分组成。检澳4 元件用以探澳崃层的隋况，根据重产物的床层厚度来决定排料的速陵： 控制装置是将测得的重产物床层厚度的数值( 压力、电流、电压、或位移等等) 放人并向 执行机构发出排料命令。 跳汰秽捌 料系统控制原理如图2 5 所示：p l c 系统监测由浮标传感器检测的实际床层 高度，并与人工设定高度值进行比较和计算，输出控制信号控制闸板动作，从而调节排料 第1 2 页 y 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 量。同时，p l , c 系统还检测闸板丌度。 图2 5 跳汰机排料控制原埋陶 3 ) 给料及电控装置： 给料及电控装置所接受的创耐言号为标准4 2 0 毫安信呼，山电摔装置转换为实际仓 位高度，据此输出频率由变频器自动调整给料柳转速。 现有眺汰机给料系统控制原理如图2 6 所示：给料机电控装置根据缓冲仓料位信号自 动调整给料转速，以保持缓冲仓料位相对稳定，并保持给料量叵定均匀，为跳汰机分选创 造良好条件。为跳汰机分i 龟创造良好条件。 图2 6 给料机电控原理框蚓 2 2 3 基本操作方式 22 3 1 跳汰机的工作方式如下： 1 ) 在跳汰机投运初始阶段，人工调整风水制度。基本确定后，数控风阀主要进行按 设定参数进 亍风水调节。在入洗原煤质量波动不大的情况下，风水制度参数基本不凋整。 2 ) 给料装置根据缓冲仓仓位调节给料量，以保证仓位的基本稳定，避免供料量的较 v 射线灰分仪在跳汰选煤中的应用研究 大波动。 3 ) 刳 料电挖系统根据跳汰一j 机人工设定的料层高度凋节排料闸板j t ：度，实王j 时 料操 作。 跳汰机i ：作过程中，由十给料扶分、粒度、数量的变化、风水扰动、分层效果的，斐化 等原冈，沈选精煤产品次分是时刻在波动变化的。为了保证产品的稳定性，需凄针地上述 因素的变化进行实时的调整 u 控制。通常的调节方式是：通过床层高度调节控制排料量的 人小来调整跳汰机分选效果：s x o s , f i l 度通常在跳汰机丌始工作时调整，并在q 严中间过程 中根据分层效果，进 j 适当调整，以保证钔盘效果和分层稳定性。 2 232 跳汰机的调节方式 跳汰司机根据洗选的精煤煤质( 灰分，人t ：通过p l c 操作面板输入料层( 主要是中 煤段) 高度，p l , c 根据指定高度调节排料闸板开度，实l 删 料操作；根据决浮数据和现场 观察，人工口哥节总水管阀门开度和调整数控风阀的时间与周期，以调整j ) ( 冰制度，保证洗 选分层效果。 由于洗选质量与料层高度关系复杂，没有确定的关系，并且由于人工操作方式雠很 大的不足( 不及时、经验、责任心等) ，使得目前所具备的较好的七艺和设备技术条什不 自铢挣0 更好的利用。 2 1 3 y 射线灰分仪用在跳汰机上对精煤灰分的自动回控 2 3 1 精煤灰分在线回控系统原则方案 自动排料系统的良好运行，特别是一：段自动排料系统工作的相对稳定呵靠，为确保精 煤产品数量、质量指标创造了有利条件。但是，倘若入选原煤的基元荻分发生变化，光靠 自动排料系统自身而不进行人工干预，也很难保证精煤产品的灰分指标。这是由于自动排 料的主要目的是稳定重产物床层厚度，而当基元灰分发生变化时，需要及时调整给定的床 层厚度，j 翦保证将精煤灰分控制在所要求的范围之内。因此，确定精煤灰分控制的原则 方案，是利用钡4 灰仪在线测跳汰机精煤灰分，根据检澳4 的精煤灰分值来决定是否调整二：段 自动排料系统的床层给定值，以使自动排料系统及时调控出适应原燥陛质变化的分选状 态，由此来保证精煤灰分。由于生产b 匣常允许精煤灰分在一定范围内波动所以，检 测精煤荻分在允许范围内时，二段自动排料按正常控制方案进行；当检测精煤灰分低j ：或 高于允许值时，则二段自动排料系统能够根据灰分波动f 青况自动调整踌碾给定值，并将床 层厚度调控到新的给定高度，以适应煤质的变化。 2 3 2 跳汰机灰分自动回控系统设计 灰分回控系统如图2 7 所示。系统由四大功能部分组成：灰分在线网控主机、自动排 料系统、给料控制系统、风水调节系统。 灰分在线回控主机通过灰分仪匕位机实时获取扶分仪的灰分偏差和变化趋势，根据专 家规则用模糊控制器计算跳汰机中煤段和矸石段的床层氲度的设定值变化量和跳汰机入料 v 射线灰分仪在跳汰选煤中的应i l = | 研究 的给料变化量；通过通讯线传输给p l c 系统；p l c 排料系统根据发送过来的新设定值进行 i 刊板自动调节，同时将中煤段和矸石段床层实际高度和闸板斤度检测值通过通讯线传送给 扶分回控主机。j 宙过输出灰分偏差x 捌恢机实行自动回控设计，使跳汰机根据灰分偏差来 澜节排料量，来提高选煤精度，提高劳动生产率。 图2 ，7灰分同控系统原理框剀 1 ) 灰分在线回控主机通过方i 份仪j 啦机实时获取灰份仪的灰分偏差和变化趋势，根据 号家规则用模糊( f u z z y ) 控弗幡计算跳汰机中煤段和矸石段的床层高度的设定值变化量 和跳汰机入料的给料变化量：i 苜过通讯线传输给p l c 系统；p l c 排料系统根据发送过束的 新设定值进行闸板自动调节，同时将中煤段和矸石段床层实际高度和闸板开度检测值j 画堕 通讯线传送给灰分回控主机。 2 ) 在跳汰洗选过程中，绐料量应同时作相应调整：当房谌高度或闸板达到一定的值限 时，说明给料量不太绑置，此时也应作相应调整。回控系统主机通过p i r 的模拟黾接口 板，通过变频器对给燥胡进行远程调节，并监测实际工作频率。 3 ) 人工可以通过工控上f 立机设定风水制度，通过p l c 实现数控风阀调节。 人工将孵等技捡数据录入技检站铹洲，技检数据通过网络传送到回控系统 = ：j 几。主 控装置判断中煤段和矸石段的床层分选效果，并依据专家经验进行风水量调节的指导。也 可以通过p l c 实施调节。 4 ) 回控系统与厂p l c 集控系统联网，获取缓冲仓仓位等信号，并可以通过p i c 集控系 ￥射线灰分仪在跳汰选煤中的戍刷研究 统