在線煤質(zhì)分析儀應(yīng)用于煤炭業(yè)已有20多年的歷史,，其穩(wěn)定的銷量足以證明其價(jià)值,。在線分 析儀通過提供實(shí)時(shí)信息為煤廠各煤種的質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理提供了極大的幫助， 如果依賴化驗(yàn)室,，這些數(shù)據(jù)只能在采樣后的數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天后才能得到,。

 近年來， 隨著經(jīng)濟(jì)下滑,，生產(chǎn)優(yōu)化和料堆控制變得尤為重要,。煤炭業(yè)的持續(xù)下滑導(dǎo)致該行業(yè)重新關(guān)注 煤炭質(zhì)量管理,，從而提高客戶滿意度最終增加煤炭銷量,。同時(shí)也提高礦區(qū)資源的有效利用， 使原先認(rèn)為煤質(zhì)不達(dá)標(biāo)的資源可以有選擇地開采,。為達(dá)到上述目的,，煤炭生產(chǎn)商和煤炭用戶 開始尋找更為經(jīng)濟(jì)且仍然高精度煤質(zhì)分析儀。隨著人們對環(huán)境的日益關(guān)注,，特別是對硫釋放的關(guān)注導(dǎo)致法律對污染控制更加嚴(yán)格,。 新近設(shè)計(jì)的皮帶在線中子活化煤質(zhì)分析儀（PGNAA）恰好可以滿足上述要求。

　　1　在線煤質(zhì)分析技術(shù)與設(shè)備
　　1.1　 雙能量伽瑪傳輸技術(shù)（DUET）
　　DUET儀器自20世紀(jì)80年代早期上市以來,，已成為在線煤質(zhì)監(jiān)測設(shè)備家族中的重要一員,。 該設(shè)備價(jià)格相對低廉，安裝便捷,，可以直接在皮帶上進(jìn)行在線煤質(zhì)分析,，只要是分析固定煤 種，DUET分析儀測定煤質(zhì)灰分就可以達(dá)到相當(dāng)?shù)木?。它利用兩個(gè)γ射線源貫穿煤層而測量 灰分,。對給定的煤種,，該設(shè)備的測定精度為：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差下0.5%～1%。該設(shè)備的主要缺點(diǎn) 是其標(biāo)定與煤種有關(guān),，特別是在灰中的鐵和鈣元素變動(dòng)很大的情況下,。
　　該設(shè)備的用途包括：監(jiān)測運(yùn)送到選煤廠的原煤；監(jiān)測洗凈的精煤,；給選煤廠提供反饋信息,； 通過混煤優(yōu)化資源利用，使之達(dá)到一定的質(zhì)量目標(biāo),；監(jiān)測送往用戶的煤質(zhì)是否達(dá)到合同要求 的質(zhì)量,。
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　　1.2 　自然伽瑪射線技術(shù)
　　另一種廣泛使用的簡單的分析儀能夠測定煤中的自然放射性大小，并將其與灰分聯(lián)系起來,。 這種煤質(zhì)分析儀不需要放射源,，對影響DUET系統(tǒng)的鐵和鈣元素的變化不敏感。

　　然而,，作為一種“被動(dòng)”的系統(tǒng),，該分析儀的精度大約只為1%～2%，其理想應(yīng)用是測量厚煤 層的灰分,，例如原煤輸送機(jī)或選煤廠入料輸送機(jī)上的煤質(zhì),，在煤層很厚時(shí)，這仍然是測定灰 分的唯一技術(shù),。然而,，該分析儀同樣與煤種有關(guān)，因?yàn)樗蕾嚺c灰分相關(guān)的自然伽瑪放射素 的存在（如鉀）,。
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　　1.3　快速伽瑪中子活化分析技術(shù)（PGNAA）
　　為滿足市場上對具有高精度卻與煤種無關(guān)的灰分儀的需求,，上世紀(jì)80年代中期開發(fā)了首 臺(tái)PGNAA旁線分析儀。該分析儀最常用于電廠配煤控制,，以及選煤廠控制和煤的分選和銷售 煤的質(zhì)量控制,。除了測定人們通常感興趣的灰分，水分,，發(fā)熱量以外,，還可以測定灰分中的 硫分，美國清潔空氣法案要求電廠對 SO2的排放進(jìn)行控制,，該分析儀也可以測定對鍋爐結(jié) 焦有影響的Na和Cl,。

　　這種旁線分析儀需要采樣設(shè)備把煤從皮帶上采初樣。煤樣通過垂直溜槽進(jìn)行中子照射分析 ,。在幾分之一秒的時(shí)間內(nèi),，吸收的能量以伽瑪輻射的形式釋放出來。由于每一元素具有特定 的伽瑪射線光譜,，光譜可以拆解成組成元素的光譜,，從而確定煤中的元素成分,。 。該技術(shù)與煤種無關(guān),，所以很有吸引力,。

　　元素分析通過計(jì)算組合，可以得出灰分,，發(fā)熱量和揮發(fā)分,。該分析儀對灰分的分析精度0.25 %～0.4%。
　　該分析儀本身價(jià)值數(shù)十萬美金,，而且配套的采樣和傳輸系統(tǒng)也價(jià)格不菲,，這就限制了分析儀 的廣泛使用。

　　2　 PGNAA皮帶在線分析儀的應(yīng)用
　　直到最近,，把PGNAA直接用于在線測量輸送機(jī)上的煤質(zhì)測試才獲得成功,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖不能達(dá) 到通常旁線PGNAA分析儀低于0.4%的精度，但使得系統(tǒng)成本大為降低,。理論計(jì)算表明,，溜槽 通過式的PGNAA分析儀不存在皮帶在線分析時(shí)受到煤層厚度變化和煤質(zhì)垂直方向分布不均勻 的問題。

　　與PGNAA旁線分析儀相比,，PGNAA在線分析儀的優(yōu)勢體現(xiàn)在該設(shè)備不需要安裝采樣樓,，可以直 接放在主皮帶上使用。因此,，大大節(jié)省了采樣和傳輸設(shè)備的安裝和維護(hù)成本,。除此之外，也 避免了采樣偏差,，因?yàn)樵诰€分析儀是對整個(gè)煤流進(jìn)行分析,。

　　除了煤層很厚的現(xiàn)場之外，在線分析儀可以在任意位置安裝,。在煤層厚度超過35cm ,，使用通過自然放射性來測定灰分的分析儀仍然是合適的,。
　　PGNAA在線分析儀的適用性意味著它可以分析各種不同的煤種,，工廠試驗(yàn)已經(jīng)證明了其準(zhǔn)確 測定煤質(zhì)的能力。由于該設(shè)備能夠準(zhǔn)確,、實(shí)時(shí)地分析灰分,、水分、硫分,、發(fā)熱量,、灰分中的 氧化物和其他參數(shù)，能進(jìn)行更好的配煤和選煤,。因此,，降低了工廠的生產(chǎn)成本,。分析結(jié)果可 以實(shí)現(xiàn)每兩分鐘更新一次，便于工廠相應(yīng)進(jìn)行快速調(diào)節(jié),。

　　3　 皮帶在線分析儀的發(fā)展
　　3.1　 工廠測試
　　以PGNAA旁線分析儀的技術(shù)為基礎(chǔ),，加上經(jīng)濟(jì)、可靠和高速的現(xiàn)成的電腦處理芯片,，克服了 早期PGNAA在線分析儀遇到的困難,。工廠測試首次表明可以對輸送機(jī)上煤質(zhì)成分的變化進(jìn)行 修正補(bǔ)償，基于此結(jié)果,，就可以進(jìn)行分析儀的現(xiàn)場試驗(yàn)了,。　
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　　3.2　 現(xiàn)場試驗(yàn)
　　2000年3月,，Scantech公司在澳大利亞昆士蘭州進(jìn)行了COALSCAN9500X型PGNAA在線分析儀的 商業(yè)化現(xiàn)場試驗(yàn),。在現(xiàn)場，卡車把煤運(yùn)到料倉中,，然后三級(jí)破碎機(jī)把煤加工成最大粒度為90 mm,。分析儀安裝在破碎機(jī)之后的1050mm寬的輸送機(jī)上，把煤送入1000t的料倉,。皮帶上煤 層 在厚度100～400mm之間變動(dòng),。分析儀后面裝有皮帶刮掃式自動(dòng)采樣系統(tǒng)，煤可以直接從緩 沖倉裝到火車上或者地面運(yùn)輸至電廠,，電廠的自動(dòng)采樣系統(tǒng)測定每個(gè)班的結(jié)果,，并與分析 儀的分析結(jié)果相比較以進(jìn)行核實(shí)，這是PGNAA分析儀的典型應(yīng)用,。

　　通過動(dòng)態(tài)采樣可以檢驗(yàn)儀器在工廠里按靜態(tài)煤樣所作的標(biāo)定是否準(zhǔn)確,。將所有的動(dòng)態(tài)采樣均 按雙倍收集以評(píng)估采樣誤差，化驗(yàn)室的誤差,，以及分析儀誤差,。當(dāng)年進(jìn)行了6次采樣比較， 使分析儀涵蓋了一系列不同煤種,、煤厚以及皮帶垂直方向上不均勻的分布,。每次采樣比較會(huì) 收集10份雙倍樣本，送到兩個(gè)權(quán)威化驗(yàn)室進(jìn)行分析,。因此每一樣本會(huì)有三個(gè)結(jié)果（分別來自 化驗(yàn)室1,、化驗(yàn)室2和分析儀）。由于一些外部因素的影響,，每次收集的樣本數(shù)量比預(yù)定的30 個(gè)（10×3）要少,。
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　　3.3　 現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果
　　每個(gè)樣本均在PGNAA分析儀后的某一位置由皮帶刮掃雙倍收取，奇數(shù)樣本送往化驗(yàn)室1,，偶數(shù) 樣本送往化驗(yàn)室2,，每90秒采樣一次,，根據(jù)選煤廠的工作狀況，樣本在1～3小時(shí)內(nèi)采完,，每 次采樣均依照ASTM標(biāo)準(zhǔn),。
　　盡管該試驗(yàn)原先并不研究采樣和化驗(yàn)室的精度，但任何一項(xiàng)新技術(shù)都必須與現(xiàn)有的方法進(jìn)行 比較,，再來討論彼此之間有哪些不同,。兩個(gè)樣本分析結(jié)果的不同使檢驗(yàn)分析儀標(biāo)定結(jié)果變得 更加不確定。樣本按照GRUBBSESTIMATOR方法進(jìn)行評(píng)估,。

　　雙倍收集樣本提供了公平,、獨(dú)立地評(píng)估化驗(yàn)室和分析儀的誤差手段。事 實(shí)上,，由于試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)樣本的收集特別仔細(xì)和嚴(yán)格,，化驗(yàn)室結(jié)果的準(zhǔn)確性很可能優(yōu)于日常進(jìn) 行的傳統(tǒng)化驗(yàn)結(jié)果。我們預(yù)見分析結(jié)果會(huì)有發(fā)散分布,，但是7月份兩組化驗(yàn)室結(jié)果的靈敏性 不同,，8月份出現(xiàn)了偏移誤差?；?yàn)室結(jié)果的不可靠性增加了需要用現(xiàn)場數(shù)據(jù)標(biāo)定分 析儀的困難,，兩組化驗(yàn)室灰分結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差是1.02%。如果這一結(jié)果是在線分析儀和 化驗(yàn)結(jié)果的偏差,，通常是不能被接受的,。

　　表1　皮帶在線分析儀灰分精度的Grubbs估算值（略）
　　通過G RUBBSESTIMATOR方法可以單獨(dú)估算分析儀精度以及每一個(gè)化驗(yàn)室的精度。表1匯總了這些估 算精度,，分析儀的估算精度高于化驗(yàn)室的估算精度,。

　　數(shù)據(jù)中有明顯的偏離點(diǎn)，因此在舍棄了這些偏離點(diǎn)數(shù)據(jù)后對估算精度重新進(jìn)行了計(jì)算,。舍棄 這些數(shù)據(jù)采用兩級(jí)步驟,，即分別對35個(gè)樣本，32個(gè)樣本以及全部36個(gè)樣本進(jìn)行了評(píng)估,。分析 儀的灰分估算精度達(dá)到了0.25%,，對適當(dāng)標(biāo)定的PGNAA分析。