CN111896561A - 原料煤在线无源灰分检测系统 - Google Patents

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李开福
刘小毛
李洪涛
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Sinopec Hubei Chemical Fertilizer Co
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Hubei Chemical Fertilizer Co
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Abstract

原料煤在线无源灰分检测系统，该系统包括射线探测器，用于捕获煤流体发出的天然γ射线；载荷传感器，用于测量煤流量；载荷积算器，用于采集和传输载荷信号；皮带启停检测模块，用于采集皮带启/停信号；水份传感器，用于采集煤水分含量；所述载荷传感器连接载荷积算器，所述射线探测器、皮带启停检测模块、水份传感器均连接解谱仪，解谱仪，用于将经过运算将测出的灰分值、载荷量、皮带输送机启动/停止状态、含水量参数等传输至DCS；或者直接通过RS485通信模块与工控机通信连接。本发明采用天然射线探测技术，能够在线情况下对原料煤的组分进行实时显示；且能够实时、准确地得到煤的灰分值。

Description

原料煤在线无源灰分检测系统
技术领域
本发明一种原料煤在线无源灰分检测系统，用于对原料煤的组分进行实时分析和显示。
背景技术
原煤由于产地不同，造成原煤中含灰量不同，煤灰分是煤在一定温度下充分、完全灼烧后，氧化物残渣所占的质量分数，即：重量百分比。煤灰特点之一在于降低煤的发热量，影响焦炭质量。煤粉含灰量对工艺生产稳定性有重要的影响，资料表明，在同样的反应条件下，灰分每增加1％，氧耗增加0.7％～0.8％,煤耗增加1.3％～1.5％。灰分≤5.00％称特低灰煤(SLA)；5.01％～10.00％称低灰煤(LA)；10.01％～20.00％称低中灰煤(LMA)；20.01％～30.00％称中灰煤(MA)；30.01％～40.00％称中高灰煤(MHA)；40.01％～50.00％称高灰煤(HA)。
传统采用离线式人工化验法工序复杂、费用高、结果滞后时间长、时效性不高、不能满足煤产品质量控制要求，当实验结果得出时，煤可能已经生产入库或被灼烧掉，因此，不能对生产和使用起到实时监控作用。
在洗煤行业有近20家左右应用灰分仪，但是绝大多数为有源灰分仪。其存在较明显的缺陷：1)、只能提供放射源照射区域的皮带上局部煤炭的含量信息，仅具有参考价值，无实际用途。2)、只对输送机上，煤层中间放射源照射的很小区域测，测得灰分数据有很大的局限性。3)、只能测量一定范围内的灰分值，高灰分测量误差较大。4)、使用放射源，操作不当会对人体产生安全危害。
发明内容
为了实时、准确地得到煤的灰分值，本发明提供一种原料煤在线无源灰分检测系统，采用天然射线探测技术，能够在线情况下对原料煤的组分进行实时显示；且能够实时、准确地得到煤的灰分值。该系统具有结构设计合理、测量精度高、显示稳定的特点。
本发明采取的技术方案为：
原料煤在线无源灰分检测系统，该系统包括：
射线探测器，用于捕获煤流体发出的天然γ射线；
载荷传感器，用于测量煤流量；
载荷积算器，用于采集和传输载荷信号；
皮带启停检测模块，用于采集皮带启/停信号；
水份传感器，用于采集煤水分含量；
所述载荷传感器连接载荷积算器，所述射线探测器、皮带启停检测模块、水份传感器均连接解谱仪，解谱仪，用于将经过运算将测出的灰分值、载荷量、皮带输送机启动/停止状态、含水量参数等传输至DCS；或者直接通过RS485通信模块与工控机通信连接。
所述射线探测器安装在负荷称重装置上，射线探测器与负荷称重装置外部包裹有环境辐射屏蔽体。
所述载荷传感器安装在负荷称重装置上。
所述解谱仪，用于实现对采集的信号运算、分析处理及显示功能。
所述工控机置于监控室中，运行有灰分解析软件，能够实现远程读取参数、实时分析、设置参数、实时记录、生成数据曲线、查询历史报表、输出电子表格以及打印数据报表功能。
本发明一种原料煤在线无源灰分检测系统，技术效果如下：
1)、载荷传感器能实现对煤流量的精确检测，便于通过DCS、或者工业计算机进行精确的生产控制管理。
2)、无放射源，通过射线探测器对皮带输送机上的煤层进行全覆盖检测，检测结果代表全断面灰分。
3)、可测量的灰分无上限，灰分越高测量精度越高。
4)、实时性强，最快可提供10s有效灰分，特别适用于需要连续测量原煤灰分的场合。
附图说明
图1为本发明系统的安装示意图。
图2为本发明系统的硬件连接示意图。
具体实施方式
原理分析：
煤中含有多种金属,金属氧化物及放射性元素如40K、238U、232Th等，取一定量的煤炭样品，检测并分析煤中天然放射性的能量谱。上述放射性元素主要存在于煤的灰分之中，而且煤的灰分越高，放射性元素的含量越多，煤中释放的天然γ射线的强度越高。利用煤炭发射的特征γ粒子通量，与煤炭中灰分含量有着特定的数学关系，通过高效率、高灵敏的γ粒子探测器，检测特征γ粒子的特征通量，得出总灰分量，结合负荷大小计算出煤灰分。
对于一定质量的煤炭而言，其天然放射性强度与灰分呈正相关性，故通过检测由煤炭的天然放射性引起的γ计数率，即能确定煤炭灰分。对同一煤种而言，输送皮带上煤流射出的γ粒子数量与其灰分、煤流量呈正相关性，即：煤炭灰分越高、煤层越厚，越有利于检测。一般情况下，入选原煤具有流量大、灰分高等特点，而这有利于天然射线灰分的准确检测。
如图1、图2所示，原料煤在线无源灰分检测系统，该系统包括：
射线探测器1，用于检测煤中释放的天然γ射线；
载荷传感器2，用于测量煤流量；
载荷积算器6，用于采集和传输载荷信号；
皮带启停检测模块7，用于采集皮带启/停信号；
水份传感器8，用于采集煤水分含量；
所述载荷传感器2连接载荷积算器6，所述射线探测器1、皮带启停检测模块7、水份传感器8均连接解谱仪5；
解谱仪5，为波光源公司自主研发的BG525主机，用于将经过运算将测出的灰分值采用4-20mA模拟信号传输至DCS；或者直接通过RS485通信模块与工控机9通信连接。
水份传感器8采用Hydro-Probe SE微波传感器。
所述射线探测器1安装在负荷称重装置4的机架上，射线探测器1与负荷称重装置4外部包裹有环境辐射屏蔽体3，环境辐射屏蔽体3采用铅作为屏蔽体，用于屏蔽环境噪声，提高信噪比。由于煤流射出的γ射线微弱，为了屏蔽外界射线对射线探测器1造成的干扰，该检测系统配备有环境辐射屏蔽体3，可有效屏蔽99％以上的外界γ射线，从而保证测量的准确性。
射线探测器1用于检测煤中天然γ射线的能量谱；射线探测器1其内置NaI闪烁体和光电倍增管，使灰分测量更准确。
所述载荷传感器2安装在负荷称重装置4上，负荷称重装置4包括电子皮带秤、皮带输送机架。
载荷传感器2优选型号ICS-17型承载器。
载荷积算器6为300积算调节仪表，用于采集和传输载荷信号。
皮带启停检测模块7优选为KGT9机电设备开停传感器，用于检测皮带输送机的启/停信号。
所述解谱仪5，用于实现对采集的信号运算、分析处理及显示功能，解谱仪5安装在负荷称重装置4的机架上。
所述工控机9为普通工业计算机，与解谱仪5通讯交换数据。工控机9置于监控室中，运行有灰分解析软件，能够实现远程读取参数、实时分析、设置参数、实时记录、生成数据曲线、查询历史报表、输出电子表格以及打印数据报表功能。
该系统还包括光缆，用于主机与现场设备之间传输采集到的现场原始信号数据，优点在于传输误码率低、速率快、距离远。
原料煤在线无源灰分检测方法，包括：
S1:射线探测器1检测输送皮带上的煤流射出的γ粒子数量，解谱仪5对射线探测器1的信号进行运算分析处理、并得出灰分值，并通过自带的显示屏予以在线显示。
S2:载荷传感器2用于对输送皮带上的煤灰载荷进行实时检测，载荷积算器6对煤灰载荷信号进行计算处理并将载荷信号输送至解谱仪5，解谱仪5通过自带的显示屏在线显示载荷量。
S3:皮带启停检测模块7设置在皮带输送机架上，当设备出现启动/停止时，将启动/停止信号传输给解谱仪5，解谱仪5通过自带的显示屏在线显示皮带输送机启动/停止。
S4:水份传感器8通过非接触式方式，解谱仪5对水份传感器8的信号进行运算分析处理、并得出含水量，并通过自带的显示屏予以在线显示。
S5:解谱仪5测量的灰分值、载荷量、皮带输送机启动/停止状态、含水量，通过光缆传输至DCS；或者通过RS485通信协议与工控机9通信，工控机9显示参数和曲线，建立标定数学模型，储存标定数据，与解谱仪5通讯交换数据。
DCS、或者工控机9根据测量的灰分值、载荷量、皮带输送机启动/停止状态、含水量参数，对这个煤灰皮带输送机进行实时监控，异常情况下停机告警并处理。
该灰分检测系统,可利用煤炭的天然放射性实现灰分的在线检测，无需专门布置放射源，符合安全、绿色、环保的理念。此外，没有安全使用期限，使用寿命长，运行稳定可靠，使用与维护方便。

Claims (10)

1.原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于该系统包括：
射线探测器（1），用于捕获煤流体发出的天然γ射线；
载荷传感器（2），用于测量煤流量；
载荷积算器（6），用于采集和传输载荷信号；
皮带启停检测模块（7），用于采集皮带启/停信号；
水份传感器（8），用于采集煤水分含量；
所述载荷传感器（2）连接载荷积算器（6），所述射线探测器（1）、皮带启停检测模块（7）、水份传感器（8）均连接解谱仪（5）；
解谱仪（5），用于将经过运算将测出的参数传输至DCS；或者直接通过RS485通信模块与工控机（9）通信连接。
2.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：所述射线探测器（1）安装在负荷称重装置（4）上，射线探测器（1）与负荷称重装置（4）外部包裹有环境辐射屏蔽体（3）。
3.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：所述载荷传感器（2）安装在负荷称重装置（4）上。
4.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：所述解谱仪（5），用于实现对采集的信号运算、分析处理及显示功能。
5.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：所述工控机（9）置于监控室中，运行有灰分解析软件，能够实现远程读取参数、实时分析、设置参数、实时记录、生成数据曲线、查询历史报表、输出电子表格以及打印数据报表功能。
6.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：射线探测器（1）用于检测煤中天然γ射线的能量谱；射线探测器（1）其内置NaI闪烁体和光电倍增管，使灰分测量更准确。
7.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：所述载荷传感器（2）安装在负荷称重装置（4）上，负荷称重装置（4）包括电子皮带秤、皮带输送机架。
8.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：皮带启停检测模块（7）优选为KGT9机电设备开停传感器，用于检测皮带输送机的启/停信号。
9.根据权利要求1所述原料煤在线无源灰分检测系统，其特征在于：所述解谱仪（5），用于实现对采集的信号运算、分析处理及显示功能，解谱仪（5）安装在负荷称重装置（5）的机架上。
10.采用如权利要求1~9任意一种检测系统的煤灰在线检测方法，其特征在于：
S1: 射线探测器（1）检测输送皮带上的煤流射出的γ粒子数量，解谱仪（5）对射线探测器1的信号进行运算分析处理、并得出灰分值，并通过自带的显示屏予以在线显示；
S2: 载荷传感器（2）用于对输送皮带上的煤灰载荷进行实时检测，载荷积算器（6）对煤灰载荷信号进行计算处理并将载荷信号输送至解谱仪（5），解谱仪（5）通过自带的显示屏在线显示载荷量；
S3: 皮带启停检测模块（7）设置在皮带输送机架上，当设备出现启动/停止时，将启动/停止信号传输给解谱仪（5），解谱仪（5）通过自带的显示屏在线显示皮带输送机启动/停止；
S4: 水份传感器（8）通过非接触式方式，解谱仪（5）对水份传感器（8）的信号进行运算分析处理、并得出含水量，并通过自带的显示屏予以在线显示；
S5: 解谱仪（5）测量的灰分值、载荷量、皮带输送机启动/停止状态、含水量通过光缆传输至DCS；或者通过RS485通信协议与工控机（9）通信，工控机（9）显示参数和曲线，建立标定数学模型，储存标定数据，与解谱仪（5）通讯交换数据。
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