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摘 要：由于煤炭内部成分和性质的复杂性，为了更好地了解煤炭的成分组成及其物理性质、化学性质，需要利用一定的技术手段对煤炭进行分析。本文在阐述我国煤质在线检测技术发展现状的基础上，介绍了几种常见的煤质在线检测技术，并结合实例就天然射线（无源）灰分检测法的实际应用进行了重点探究。
关键词：煤质信息；在线检测；无源灰分检测
中图分类号：TL99 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0338-02
1 引 言
灰分、水分、发热量和含硫量均为煤炭质量评估的重要指标，能够在线获取输送带上煤流的煤质信息，在提高煤炭开发、生产和利用效率方面意义重大。与传统的化学分析方法相比，在线检测技术能够实现对煤质信息的快速检测，规避了人工制样劳动强度大、试验结果准确度低等问题，检测结果更为客观、准确。因此，在线检测技术以其快速、准确等优势将在煤质检测领域中有着重要的应用前景。
2 我国煤质在线检测技术发展情况
我国社会经济的发展带动了各行业的进步，但是电能消耗也不断增加，而煤炭在能源消耗中占据的比例最大，特别是在近几年中小煤矿市场需求持续增加的形势下，均提高了煤矿开采强度，为电厂电能持续、稳定供应提供了保障。但是煤炭的质量与锅炉燃烧的安全性密切相关，以及电厂的经济效益，故对整个煤炭燃烧过程进行检测，确定煤炭的燃耗效率与污染物的排放量具有重要影响。当前，随着国外煤质在线分析仪应用的日益广泛，高端设备的高性能提高了生产效率，也促进了电力行业、仪表制造业的持续发展。但是因为受到了投资的影响，我国煤质在线分析仪应用还处于初步阶段。从长期发展角度来说，煤质在线分析仪的应用是未来电厂煤质检测的必然手段，符合时代发展需求，同时在提高煤炭燃烧率、降低电厂生产成本等方面发挥着重要作用。
3 几种煤质在线检测技术的分析
3.1 在线灰分检测
目前，当前工业化中应用比较广泛的在线分析技术主要包括瞬发γ射线中子活化分析法、双能量γ射线透射法，具体分析如下：
3.1.1 瞬发γ射线中子活化分析法
工作原理：使用经过漫化处理后的热中子照射煤，使得中子与煤中的各元素相反应，充分发挥出太原子核的能量，使得特征γ线后达到稳定状态。热中子源可分为三类：①252Cf裂变中子源，其寿命2.64a，但不能对C、H等元素进行检测；②电控脉冲中子管，主要利用电子等高能粒子对靶原子进行撞击，可进行全元素检测，但使用寿命为2.28a，且成本较高；③Am-Be中子源，这种中子源的比放射性较低，目前尚未在商业中得到广泛应用。
3.1.2 双能量γ射线透射法
采用Am的低能γ射线和Cs的中能γ射线透过被测煤样，而煤炭的灰分值与煤层厚度则决定了低能γ射线的强弱，而煤层厚度则决定了中能γ射线的强弱。通过闪烁探头则可以将透过煤层的两种能量射线转化为不同的电信号，而电信号的强弱变化则由煤灰分值与煤层厚度共同决定，工作原理如图1所示。
该检测方法量煤炭看作由两种不同原子序数物质组成的二元混合物，即低Z元素（主要成分为C）和高Z元素（主要成分为Si、Al）。通常在同一矿井下或同一开采层面开采的煤炭，其高Z元素可在较长时间内保持稳定状态，所以双能量γ射线透射法可应用于煤矿生产。但由于煤炭形成及生产环境的复杂，测量误差较大。从实际应用角度来说，需从测量精度、技术的可行性、经济成本与环境的适用性等多个角度出发进行考量，经比较确定双能量γ射线透射法在煤灰分检测中应用效果最佳，技术可行性较高。该技术对Fe元素较为敏感，可对铁、硫等含量较高的煤质进行检测，在增加能量射线后可对铁的射线强度进行测量，修正铁元素波动引发的测量误差，这样便可达到提高高铁每种检测准确性的目的。
3.1.3 天然射线（无源）灰分检测法
煤炭中含量微量天然放射性元素，经过大量的煤样测试可知煤炭中的天然放射性水平和灰分含量为正相关关系，也就是说煤的灰分越高，则天然放射性元素的含量越高，而煤中释放的天然γ射线也越强。
3.2 水分在线检测
微波测试多应用于煤炭水分的检测，工作原理详细如下：微波由高频电磁波投射介质时产生的功能衰减、相位改变等主要由介质的介电常数、损耗角正切值等决定。微波从微波发射源中发出，透过物料后由微波接收器接收，依据微波的物理性能参数变化可知物料中的水分含量。
4 实例探析煤质在线检测系统的构建与应用
下文仅以天然射线（无源）灰分检测法为例，对煤质在线检测技术的应用进行分析。
4.1 项目概况
某选煤厂是一座设计能力为1.2Mt/a的大型炼焦煤选煤厂，精煤产品由重介精煤、粗精煤泥和浮选精煤共同组成。为了能够提高检测效率、及时指导生产，该选煤厂选用无源灰水仪实时动态检测精煤胶带输送机上混精煤（重介质旋流器分选出的精煤与浮选精煤的混合）的灰分、水分数据。
4.2 设备结构及功能
4.2.1 结 构
无源灰水仪（图2）由安装在胶带输送机机架上的NGAM-2008天然射线灰分检测单元、MWKF-2010微波水分检测单元以及布置在远端监控室的主机组成，主机与现场部分之间由光缆联通。
NGAM-2008天然射线灰分检测单元由用于捕获煤中的天γ射线探测器、用于射线谱线分析的能谱分析仪、用于计量累计产量的负荷称重装置及用于屏蔽宇宙环境干扰的环境辐射屏蔽体等构成；MWKF-2010微波水分检测单元由X波段微波发射和接收天线、微波信号单元、物料厚度传感器等构成。灰分检测单元与水分检测单元之间以CAN总线方式实现数据高速交互，从而实现多参数同步检测的目的。
4.2.2 功能特点
无源灰水仪用于对煤质的在线实时测量，具有如下功能及特点：
（1）不使用放射源，绿色环保，对人体无辐射危害；
（2）可以给出瞬时、1min、10min、小时以及班、日、月等时间段的累计灰分、水分、发热量及累计产量的检测结果；
（3）能测出输送煤流从内到外的全灰分和全水分值，测量结果更具有代表性；
（4）无源灰水仪的灰分和水分检测单元接口匹配，信号兼容，数据联通，实现了多种参数的在线同步测量，构成了统一的检测系统。
4.2.3 应用效果
经统计计算，灰分测量精度为0.13%，水分测量精度为0.31%，完全达到了使用要求。该无源灰水仪自安装以来运行稳定，选煤厂在生产中参照无源灰水仪检测出的动态数据，及时调节选煤生产参数，大大提高了混精煤合格率（从67.82%提高到78.89%）；按照年入选原煤330万t、精煤价格800元/t计算，可以多盈利844.8万元。
表1所示为无源灰水仪的测量值与胶带输送机机械采样的化验值对比结果，以检验无源灰水仪的测量效果。
5 结 语
总而言之，在线检测技术可以对灰分、水分、发热量及累计产量等多种参数进行同步在线测量。本文所探究的应用实践表明，无源灰水仪的检测精度高、自动化水平高，适用于检测精煤及原煤等，达到了指导生产、质量考核结算的使用目的，降低了企业的管理成本，创造了良好的社会效益与经济效益。
参考文献
[1]郑建平，陆继东，姚顺春，等.激光诱导击穿光谱技术应用于煤质分析的研究综述[J].广东电力，2012，25（10）：13～17.
[2]單 卿，蔡平坤，褚胜男.PGNAA煤质在线测量中同时提高C、O和其它元素测量精度的慢化体模拟[J].计算物理，2016，33（5）：625～630.
[3]王 帅，张云佳，王雪梅，等.LS-SVM算法在近红外光谱煤质分析中的应用[J].计算机系统应用，2017，26（5）：232～238.
收稿日期：2018-7-23
作者简介：郝志鹏（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事煤炭销售及检测工作。
关键词：煤质信息；在线检测；无源灰分检测
中图分类号：TL99 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0338-02
1 引 言
灰分、水分、发热量和含硫量均为煤炭质量评估的重要指标，能够在线获取输送带上煤流的煤质信息，在提高煤炭开发、生产和利用效率方面意义重大。与传统的化学分析方法相比，在线检测技术能够实现对煤质信息的快速检测，规避了人工制样劳动强度大、试验结果准确度低等问题，检测结果更为客观、准确。因此，在线检测技术以其快速、准确等优势将在煤质检测领域中有着重要的应用前景。
2 我国煤质在线检测技术发展情况
我国社会经济的发展带动了各行业的进步，但是电能消耗也不断增加，而煤炭在能源消耗中占据的比例最大，特别是在近几年中小煤矿市场需求持续增加的形势下，均提高了煤矿开采强度，为电厂电能持续、稳定供应提供了保障。但是煤炭的质量与锅炉燃烧的安全性密切相关，以及电厂的经济效益，故对整个煤炭燃烧过程进行检测，确定煤炭的燃耗效率与污染物的排放量具有重要影响。当前，随着国外煤质在线分析仪应用的日益广泛，高端设备的高性能提高了生产效率，也促进了电力行业、仪表制造业的持续发展。但是因为受到了投资的影响，我国煤质在线分析仪应用还处于初步阶段。从长期发展角度来说，煤质在线分析仪的应用是未来电厂煤质检测的必然手段，符合时代发展需求，同时在提高煤炭燃烧率、降低电厂生产成本等方面发挥着重要作用。
3 几种煤质在线检测技术的分析
3.1 在线灰分检测
目前，当前工业化中应用比较广泛的在线分析技术主要包括瞬发γ射线中子活化分析法、双能量γ射线透射法，具体分析如下：
3.1.1 瞬发γ射线中子活化分析法
工作原理：使用经过漫化处理后的热中子照射煤，使得中子与煤中的各元素相反应，充分发挥出太原子核的能量，使得特征γ线后达到稳定状态。热中子源可分为三类：①252Cf裂变中子源，其寿命2.64a，但不能对C、H等元素进行检测；②电控脉冲中子管，主要利用电子等高能粒子对靶原子进行撞击，可进行全元素检测，但使用寿命为2.28a，且成本较高；③Am-Be中子源，这种中子源的比放射性较低，目前尚未在商业中得到广泛应用。
3.1.2 双能量γ射线透射法
采用Am的低能γ射线和Cs的中能γ射线透过被测煤样，而煤炭的灰分值与煤层厚度则决定了低能γ射线的强弱，而煤层厚度则决定了中能γ射线的强弱。通过闪烁探头则可以将透过煤层的两种能量射线转化为不同的电信号，而电信号的强弱变化则由煤灰分值与煤层厚度共同决定，工作原理如图1所示。
该检测方法量煤炭看作由两种不同原子序数物质组成的二元混合物，即低Z元素（主要成分为C）和高Z元素（主要成分为Si、Al）。通常在同一矿井下或同一开采层面开采的煤炭，其高Z元素可在较长时间内保持稳定状态，所以双能量γ射线透射法可应用于煤矿生产。但由于煤炭形成及生产环境的复杂，测量误差较大。从实际应用角度来说，需从测量精度、技术的可行性、经济成本与环境的适用性等多个角度出发进行考量，经比较确定双能量γ射线透射法在煤灰分检测中应用效果最佳，技术可行性较高。该技术对Fe元素较为敏感，可对铁、硫等含量较高的煤质进行检测，在增加能量射线后可对铁的射线强度进行测量，修正铁元素波动引发的测量误差，这样便可达到提高高铁每种检测准确性的目的。
3.1.3 天然射线（无源）灰分检测法
煤炭中含量微量天然放射性元素，经过大量的煤样测试可知煤炭中的天然放射性水平和灰分含量为正相关关系，也就是说煤的灰分越高，则天然放射性元素的含量越高，而煤中释放的天然γ射线也越强。
3.2 水分在线检测
微波测试多应用于煤炭水分的检测，工作原理详细如下：微波由高频电磁波投射介质时产生的功能衰减、相位改变等主要由介质的介电常数、损耗角正切值等决定。微波从微波发射源中发出，透过物料后由微波接收器接收，依据微波的物理性能参数变化可知物料中的水分含量。
4 实例探析煤质在线检测系统的构建与应用
下文仅以天然射线（无源）灰分检测法为例，对煤质在线检测技术的应用进行分析。
4.1 项目概况
某选煤厂是一座设计能力为1.2Mt/a的大型炼焦煤选煤厂，精煤产品由重介精煤、粗精煤泥和浮选精煤共同组成。为了能够提高检测效率、及时指导生产，该选煤厂选用无源灰水仪实时动态检测精煤胶带输送机上混精煤（重介质旋流器分选出的精煤与浮选精煤的混合）的灰分、水分数据。
4.2 设备结构及功能
4.2.1 结 构
无源灰水仪（图2）由安装在胶带输送机机架上的NGAM-2008天然射线灰分检测单元、MWKF-2010微波水分检测单元以及布置在远端监控室的主机组成，主机与现场部分之间由光缆联通。
NGAM-2008天然射线灰分检测单元由用于捕获煤中的天γ射线探测器、用于射线谱线分析的能谱分析仪、用于计量累计产量的负荷称重装置及用于屏蔽宇宙环境干扰的环境辐射屏蔽体等构成；MWKF-2010微波水分检测单元由X波段微波发射和接收天线、微波信号单元、物料厚度传感器等构成。灰分检测单元与水分检测单元之间以CAN总线方式实现数据高速交互，从而实现多参数同步检测的目的。
4.2.2 功能特点
无源灰水仪用于对煤质的在线实时测量，具有如下功能及特点：
（1）不使用放射源，绿色环保，对人体无辐射危害；
（2）可以给出瞬时、1min、10min、小时以及班、日、月等时间段的累计灰分、水分、发热量及累计产量的检测结果；
（3）能测出输送煤流从内到外的全灰分和全水分值，测量结果更具有代表性；
（4）无源灰水仪的灰分和水分检测单元接口匹配，信号兼容，数据联通，实现了多种参数的在线同步测量，构成了统一的检测系统。
4.2.3 应用效果
经统计计算，灰分测量精度为0.13%，水分测量精度为0.31%，完全达到了使用要求。该无源灰水仪自安装以来运行稳定，选煤厂在生产中参照无源灰水仪检测出的动态数据，及时调节选煤生产参数，大大提高了混精煤合格率（从67.82%提高到78.89%）；按照年入选原煤330万t、精煤价格800元/t计算，可以多盈利844.8万元。
表1所示为无源灰水仪的测量值与胶带输送机机械采样的化验值对比结果，以检验无源灰水仪的测量效果。
5 结 语
总而言之，在线检测技术可以对灰分、水分、发热量及累计产量等多种参数进行同步在线测量。本文所探究的应用实践表明，无源灰水仪的检测精度高、自动化水平高，适用于检测精煤及原煤等，达到了指导生产、质量考核结算的使用目的，降低了企业的管理成本，创造了良好的社会效益与经济效益。
参考文献
[1]郑建平，陆继东，姚顺春，等.激光诱导击穿光谱技术应用于煤质分析的研究综述[J].广东电力，2012，25（10）：13～17.
[2]單 卿，蔡平坤，褚胜男.PGNAA煤质在线测量中同时提高C、O和其它元素测量精度的慢化体模拟[J].计算物理，2016，33（5）：625～630.
[3]王 帅，张云佳，王雪梅，等.LS-SVM算法在近红外光谱煤质分析中的应用[J].计算机系统应用，2017，26（5）：232～238.
收稿日期：2018-7-23
作者简介：郝志鹏（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事煤炭销售及检测工作。