标题：灰分仪
灰分仪
前言
我国是世界上规模最大的煤炭生产国，年产量达30亿吨以上，煤炭是我国的主要
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国民经济意义重大。
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）。煤灰分与煤的发热量密切相关，为提高煤的利用效率，必须严格控制煤产品的灰分。但是，传统的灼烧化验法工序复杂、结果滞后时间长，不能适应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快速监控作用。为了解决这个问题就需要研究新的更科学的方法，需要研究测灰分值的新方法。随着科学技术的发展，该公司研制出利用核物理方法的煤质分析仪，该仪器采用双源透射法，将核技术与计算机相结合，可快速无损地测量煤炭的灰分，控制煤炭质量及时指导生产和进行质量监控, 从而提高效益。
煤炭供应形势紧张、煤炭价格大幅上涨，用煤企业的生产成本不断增加。煤炭质量不仅影响电厂正常运行，而且也关系到电厂生产成本的高低。利益驱使下的煤炭交易中普遍存在的各种形式的弄虚作假，不仅导致企业的成本增加，更影响生产；而企业在入厂煤质量监管方面的手段又相对落后，也给了煤炭交易中的弄虚作假以可乘之机。
煤炭交易的漏洞
实际上，煤炭交易中的弄虚作假和企业监管中的漏洞主要是以下几个方面：
①通过煤炭混装，以次充好。比如供煤方在煤炭装车时将低于标准的劣质煤装进车底，而将达到或者超过标准的优质煤装在车厢上部，
②另外一种比较难以发现的是测量数据滞后无法及时杜绝不符合合同要求的煤入场，等等。
以上情况是用煤量相对较大的企业在入厂煤验收方面普遍存在的问题。即使电厂管理严格，也不可能完全避免以上情况的发生；同时从节约和充分利用能源、控制生产成本、提高管理运营水平的角度来讲，企业也迫切需要改变入厂煤验收环节的现状。
综观以上各种作弊手段，之所以能够有机可乘，无非是因为用煤企业普遍采用的入厂煤监管手段落后所致，具体到电厂：
首先,传统的煤炭质量验收方法比较烦琐，除了采样、制样缩分，水分的测量，一直到通过灼烧法得到灰分，再用氧弹或者量热装置得到发热量等，至少需要几个小时，甚至更长时间。
这样做的最大弊端就是煤炭质量数据的得出严重滞后于生产需要；同时由于环节多，必然带来更多的人工误差；或者带来诸多人为因素影响煤质数据的情况发生；也容易带来厂矿之间的纠纷等等。
作为一个年用煤量较大的火力发电企业，无论在入厂煤质量监管方面存在以上所列举的哪一种情况，都会给企业造成巨大的浪费和损失。正是基于以上客观存在的事实，在经过现场实地勘测和初步了解企业情况以后，建议企业使用入厂煤质量监管系统。
灰分仪的应用
测量原理：
快速煤质分析仪技术原理：
该方法的原理为：煤炭中碳、氢、硫等组成的有机物以及碳都是可燃烧性物质，在煤炭中这些物质的元素含量虽然不同，但是大体上原子序数都比较低，平均值为6左右。煤灰中硅、铝、钙、铁的氧化物以及盐类物质是代表着不可燃烧的物质，即灰分，这些元素的原子序数都比较大，灰分的平均原子序数大于12。
由以上所述，可燃物质与灰分之间平均原子序数相差大于6左右，可以利用双能γ射线照射煤流，其中低能Am（镅）源用来检测煤质灰分，中能Cs（铯）源来消除厚度、密度带来的影响。由理论推导可以得出灰分（Ash）与双源的吸收关系（R）为线性关系，即可得出公式Ash=kR+b（R为被吸收后的Am源、Cs源特性参数之比）。从而就确定了原子序数较低的可燃烧物质的含量，经过数据处理后以灰分的形式显示出来。
TN型煤质分析仪
1 TN-2000型灰分仪主要由以下几部分组成：
双γ放射源；电子测量柜； 计算机处理系统；
主要部件说明
2.1 双γ放射源，采用241Am，137Cs放射源。
2.2 高 压：根据探头的实际情况而定。
2.3信号处理箱体，对信号进行收集和处理。其中一些参数根据现场而定。
2.4计算机处理系统：采用工业标准控制计算机。
单元：由辐射源（241Am和 137Cs）和探测器(NaI晶体和光电倍增管及前置放大部分)组成。
信号处理及控制单元：包括高压电源、低压电源、双单道放大处理板、CPU板、计算机和操作软件。
双能量透射法煤质分析仪测量方法框图
仪器技术特点
a) 按照矿区煤种要求刻度仪器，在线灰分仪采用分层标定，计算机自动校正，消除了人为影响。
b) 在线标定,当皮带开动时利用采样机构采集的样品来标定仪器工作曲线,使标定时的煤样与工作时的状态保持一致.
c) 采用灼烧法化验标定煤样的灰分值作为约定真值。
d) 电子测量箱安置在皮带现场,将探测器传来的信号处理后通过485通讯给计算机.
e) 计算机与电子测量箱之间可进行1500米全双工通讯.
f) 操作软件基于WINDOWS操作平台开发，方便、实用，并预留网络接口
γ辐射煤灰分测量仪执行标准 EJ/T1078-1998
技术条件
1. 分析类型：主要对各种类型煤的不同灰分值的不间断测定。
2. 仪器长期稳定性：漂移量≤±0.5%（八小时连续工作所得）。
3. 灰分在线测量时间6秒至60秒可选。
4. 测量精度：测量精度受煤种的影响。一般同一煤源条件下：
低灰分煤 ≤0.5% (1σ)
中灰分煤 ≤2.0% (1σ)
高灰分煤 ≤3.0% (1σ)
5. 电源：输入电压：AC220±2V，50±1Hz. 消耗电功率：800W.
6. 接地电阻：< 3Ω
7. 工作环境:
最大潮湿：探测装置相对湿度90±2%（40℃），
测量装置相对湿度85±2%（30℃）。
电源变化：供电电压为220V，变化范围242～193.6V。
质量保证措施
为保证向需方提供合格的产品，公司产品严格执行各项质量文件要求。根据ISO9000国际标准的要求，为提高本产品的质量做出了特别的努力：
1. 严格器件筛选；
2. 严格按照工艺要求，做到组装一道检查一道，确保证整机性能；
3. 整体器件均由专业生产单位完成；每台仪器均由高温、低温、潮湿、震动、长稳五项检测保证整机的可靠性.
服务承诺
1保修：12个月的免费保修服务。
2 维修：保修期满后，提供常年及时的合理收费维修及零部件供给。
3 及时接受客户服务需求，服务信息确认后四十八小时服务到位。
4 设备采购后免费培训用户。
5 该公司指定人员，定期对需方进行电话巡访，了解仪器工作状态，跟踪服务落实。
6 及时列入公司服务档案，保证服务的落实。
7接受和处理需方对服务的投诉和肯定。
仪器分类
分类1TN型煤质分析仪分为TN-2000在线型和TN-200离线型两大系列
1. TN-2000在线型适用于皮带输煤机构在线测量，仪器现场安装自支架分为立式简易支架和卧式支架两种
1.1立式简易支架
立式简易支架适用要求：
适用于皮带上煤料的直接测量但对皮带上煤的厚度有要求：
煤层厚度：厚度：≤350mm，≥100mm（当皮带上煤层厚度变化超过平均值的10%时，应加束流、刮平装置，皮带中应无钢丝、钢筋等物质）。
待测煤的粒度： 厚度 粒度要求
100～150mm < 13mm
150～300mm < 40mm
1.2 卧式支架
该支架为非标件根据现场情况设计，对输送机构无要求并具有子样采集系统可收集化验室分析样。
2. TN-200离线型适用于进场汽运和火车运输煤离线测量，该系列产品可广泛应用于火力发电厂、洗煤厂、煤焦厂、水泥厂、化肥厂、钢铁厂等大量使用粘煤、原煤和各种煤产品的单位，能快速测量出煤炭的灰分值、发热量等重要性能指标。具有性能稳定、测试速度快、精度高、操作简便等特点，同时仪器具有储存和远程监控功能，并可与局域网相联。使用时可单独离线使用或与入厂煤机械化采样机配套使用，各种配置均属该公司用户使用成熟技术。
2.1 TN-200离线型单独使用
结构特点：TN-200离线型结构上分为两大部分，即测量装置，数据处理部分(含计算机数据分析系统)，结构布局明晰维护简便。
安装方式：仪器安装在室内，它可以多点采样，不需要复杂制样过程，逐一测量。
2.2 TN-200离线型与入厂煤机械化采样机配套使用
入厂煤机械化采样机结构特点：入厂煤机械化采样机结构上分为，取样装置，样品预处理部分。
安装方式：入厂煤机械化采样机采用桥式安装，TN-200离线型与采样机构一体安装，结构合理维护简便分类二ZZ-89(B/C/D/G)型系类煤灰分仪
ZZ-89C/D型在线式灰分仪是在ZZ-89A型灰分仪的基础上改进而来。ZZ-89A型灰分仪采用DOS操作系统，一台工控计算机只能带一套测量设备。ZZ-89C/D型除了具备A型灰分仪基本功能外，采用了Windows操作系统，具备了联网功能，1台工控机可以控制多台灰分仪。
C型是旋转式架构，带标准测量测块，可以根据设定的校验时间（一般每日1次）进行参数校验，自动对仪器的慢漂移进行校正；而D型则是固定式架构，所需安装空间小，便于安装，但需要定时校验。
性能指标
煤的种类
测量精度
非重介选煤工艺的精煤（灰分<15%）
小于0.5%
低灰分原煤（灰分<25%）
小于1.0%
高灰分原煤(灰分<45%)
小于1.5%
重介质选煤工艺的精煤，若残介量波动<1.0公斤介质/吨
可达0.6%
重介质选煤工艺的精煤，若残介量波动<2.0公斤介质/吨
可达0.8%
対被测煤流要求：输送皮带上被测煤流质量厚度（射线束位置）应大于2.5g/cm&sup2;,灰分无系统性差异；
水分影响：水分每变化1%，灰分测量值一般变化约0.05%~0.1% (与煤种有关)；
稳定性：连续测量标准块，任取8小时数据，其中任一“10分钟灰分”值与平均值的最大偏差不超过±0.5%。
功能特点
能显示1分钟、10分钟、1小时内的灰分值；
可查询10分钟、小时、日、月以及任何时间区间灰分值；
自动校正仪器慢漂移和放射源衰减等因素影响；
设远距离LED灰分显示仪，向操作人员及时显示灰分数据；
根据皮带运行状况和皮带上煤流状况，自动确定工作状态；
可以存储多种煤种参数，数量无严格的限制；
超大规模集成电路FPGA集成芯片，模块化计算机；
提供两路4-20mA模拟信号和串行通信接口输出，用于灰分显示或与集控系统连接；
Windows2000以上版本，一台工控机最多可以带16套灰分仪主机；
测量系统实时监测运行关键参数，且关键参数软件可调；
利用网络，远程管理，进行煤种参数标定，查询测量数据；
远程故障判断、维修、软件升级；
提供数据库接口、ModBus总线等，用于基于网络的灰分仪数据共享与编程。
ZZ-89B型离线扫描式γ辐射煤灰分仪，具有独特的γ射线束对煤样作扫描测量的专利技术，确保绝大部分煤样都被等权重地测量，因此即使灰分分布很不均匀，一次测量的可信度也很好，大大方便了实际使用。对一个煤样，作20次以上重新装桶测量，结果的均方根误差约为0.2%~0.3%，比其他离线测量方式的结果约好3倍。
ZZ-89B型灰分仪被广泛应用于焦化厂，电厂的入厂煤质监测，以及洗煤厂各工艺流程中煤灰份的监测。
性能指标
煤的种类
测量精度
非重介选煤工艺的精煤（灰分<15%）
小于0.5%
低灰分原煤（灰分<25%）
小于1.0%
高灰分原煤(灰分<45%)
小于1.5%
重介质选煤工艺的精煤，若残介量波动<1.0公斤介质/吨
可达0.6%
重介质选煤工艺的精煤，若残介量波动<2.0公斤介质/吨
可达0.8%
样品量：大于5千克，小于10千克；
水分影响：水分每变化1%，灰分测量值一般变化约0.05%~0.1%（与煤种有关）；
稳定性：连续测量标准块，任取其中8小时测量结果，任一“10分钟灰分”值与平均值最大偏差不超过±0.5%；
重复性：同一样品作重新装桶多次测量，结果的均方根误差约为0.2%~0.3%。
功能
无需复杂制样，3~5分钟即可测得样品灰分；
提供详细的历史灰分测量数据查询功能；
自动对仪器慢漂移和放射源衰减影响进行校正；
测量结果可通过网络远程查询；
可以存储多种煤种参数，数量无严格的限制。ZZ-89G型用于钢丝皮带的在线煤灰分仪 
应用背景
在一些大型煤炭生产、运输企业中，由于其煤炭运输量很大，为了提高输煤皮带强度，增加寿命和安全性，往往采用内嵌钢丝皮带。普遍使用的在线煤灰分仪应用在钢丝皮带上，其测量结果会受钢丝影响，将产生很大的误差。
本厂品利用独特的设计解决了这个难点，可以应用在钢丝皮带运输煤炭的系统上，测量灰分不受皮带中钢丝的影响。
技术难点
普遍使用的煤灰分检测技术是双能量γ射线透射衰减技术，其缺点是灰分测量结果受铁元素含量变化影响很大。如果这种灰分仪安装在钢丝皮带上，由于皮带在工作过程中会发生跑偏以及不可避免的晃动，钢丝对低能射线的强烈吸收，低能射线的强度衰减量将随皮带的横向运动发生强烈变化，而该衰减量正是灰分计算的主要参数之一，因而会有较大误差，导致普通灰分仪在钢丝皮带上不能正常使用。
解决方案
我们通过独特的设计方案，使得不管钢丝皮带如何晃动，其中钢丝对射线衰减量的影响固定，再通过零点标定，将钢丝影响排除，这样的在线灰分仪就可以在钢丝皮带上应用。
性能指标
煤的种类
测量精度
非重介选煤工艺的精煤（灰分<15%）
小于0.5%
低灰分原煤（灰分<25%）
小于1.0%
高灰分原煤精度（灰分<45%）
小于1.5%
重介质选煤工艺的精煤
小于0.6%
主要功能
具有普通灰分仪的基本功能；
能够测量用钢丝皮带输送煤的灰分；
主界面显示多种灰分数据与系统信息；
可以各种形式查询灰分历史记录；
提供远端LED灰分显示仪，供现场操作员使用；
提供4-20mA模拟量、串行通信、网络通信等多种接口供与用户其他系统连接；
提供远程数据监视与查询的客户端软件；
灰分仪程序操作分级管理，拥有管理权限的人员才可以修改、设置运行参数。
应用效果
现已申请专利并授权，在煤炭企业成功应用了多套，应用效果很理想，测量精度与本公司其他产品的精度相当，现场运行已经很长时间，系统稳定可靠。
现场应用举例如下：
山西某洗煤厂，煤灰分范围8-11，实际测量精度为0.47%；
山西某洗煤厂，煤灰分范围20-35，实际测量精度为1.23%；
内蒙某洗煤厂，煤灰分范围25-45，实际测量精度为1.33%。