一、系统概述

我国电厂用煤管理和煤质检测水平较为原始，特别在入厂煤和入炉煤的检测方面。目前一般仍然采用传统的人工采样、实验室分析方法对煤样进行离线分析。采样、制样代表性差、分析速度慢，不能提供实时数据，严重制约了发电用煤的质量检测和对合同煤的考核，造成的经济损失十分惊人，据统计2001年电力部门仅在煤质上引起的经济损失就高达近5亿元。

在煤炭的生产、使用过程中，由于缺少必要的煤质成分在线检测手段，使得大量的煤炭被盲目利用。一方面大量的优质煤被低效燃用，没有发挥更大的作用；另一方面需要用优质煤的地方，

又由于煤质检测的不准确、不及时，使用了不应该使用的劣质煤，给生产和设备带来了极大的不利，甚至造成严重的设备破坏和环境污染。因此，针对目前国内煤炭生产和使用中存在的问题，研制开发煤成分在线检测装置，对于加强我国煤炭资源合理利用能力，提高生产效益，降低能源消耗，减少生产设备事故，改善大气环境，都具有极其重要的作用。

煤质成分实时检测分析系统安装在输煤皮带上，直接对全煤流进行在线检测分析，避免了取样的代表性问题。装置采用了先进的双能γ灰分在线分析技术结合微波测水装置，直接测量煤炭的灰分和水分，通过系统的分析和计算得到煤炭的热值以及其他工业分析值。

二、 系统功能

1、煤质工业成分在线分析

水分、灰分、挥发份、发热量

2、锅炉运行优化指导

1）实现锅炉经济性运行

2）制粉系统的优化运行

3）提高锅炉运行安全性

3、棒图、趋势图实时数据显示

4、远程诊断

系统通过远程控制软件，可实现系统的远程监控和诊断功能。

三、性能指标

1、       测量精度

测量内容                                    测量误差

全 水 分（Mar% ）---------------------------------------------0.5%

固有水分（Mad%）----------------------------------------------0.5%

干燥基灰份 （Ad% ）---------------------------------------------1%

可燃基挥发分 （Vdaf%）-----------------------------------------1%

低位热值 （Qnet ,ar MJ/kg）------------------------2%（相对）

2、电源

额定电压：   单项220V，允许偏差-15%～+10%

频    率：    50Hz，允许偏差±0.5Hz

功    耗:   150W

3、 皮带输送机规格

皮带宽度：800mm--2000mm

皮带速度：0～5m/s

皮带材质：无限制

4、 物料

煤层厚度：≤500mm

物料粒度：≤50mm

5、防护性能

系统外壁表面处辐射剂量当量率小于2.5 μSv/h，达到国家标准GB 14052 – 93《安装在设备上的同位素仪表的辐射安全要求》中对此类仪器防护安全的要求，工作人员可以系统附近自由操作。

6、测量时间

测量周期：1分钟

注：用户可根据需要自行设定其他测量周期

7、通信接口

通信接口：ETHERNET接口、RS485/RS232口

8、工作环境

  a)  温度：     -15℃～45℃；

  b)  湿度：    5％～95％；

  c)  大气压力：    80kPa～110kPa；

9、 系统工作年限

系统中使用了¹³⁷Cs以及²⁴¹Am同位素放射源，其中¹³⁷Cs使用年限为30年，²⁴¹Am使用年限上百年，考虑到系统其他电子仪器的工作性能情况，建议系统使用年限为10年。

10、 系统外形尺寸

高度H ≤ 2m

长度L ≤ 1m

宽度W ≤ 4m

重量W ≤ 2t

四、系统特点

1、系统测量数据实时性好。系统直接跨在皮带上进行测量，能够在线实时的测量煤流的的灰分、水分、热值等工业分析值，为电力、煤炭等行业解决了煤炭质量的实时监控的难题。

2、系统测量的结果度高，由于系统能够直接对煤流进行非接触测量，避免了化学分析方法中采样和制样过程对分析结果带来的巨大误差，实施测量结果更加可信。

3、系统模块化设计，安装简便，操作简单易学。系统由于没有强烈的辐射，所以避免了巨大的防护体，安装不需要对厂房以及煤炭传输设备进行改造，安装调试过程不会对客户的生产造成任何影响。

4、系统采用先进的热值分析校正技术，使系统对混配煤的热值分析更加准确。

 五、测量原理

煤的组成极为复杂，但根据其元素分析数据，煤可分为两部分，一是以碳为代表的低原子序数元素；一是以硅为代表的高原子序数元素。而煤灰主要由煤中高原子序数元素的氧化物组成（硫除外）。采用双能透射法测量灰分，即利用两种可放射不同能量射线的放射源来构成“双透射通道”，来进行测量。
　　对低能射线，煤中各元素的质量衰减系数各不相同，随着原子序数的增大而增加；而对中能射线，煤中各种元素的质量衰减系数基本相等。透射通道：²⁴¹Am放射源发出的γ射线能量较低(59.5kev)，物质的原子序数越大，对²⁴¹Am放射的γ射线的吸收越强（穿透煤流被探测器探测到的γ射线越少），而煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大，因此，煤中的灰分含量越高，穿过煤的γ（²⁴¹Am）射线越少，同时，灰分对²⁴¹Am γ射线的衰减还与煤的厚度有关，不能单从低能γ（²⁴¹Am）射线的衰减完全确定煤中灰分的含量。因此，采用了第二通道，第二透射通道：利用放射较高能量γ射线的放射源¹³⁷Cs(661.7kev)来进行透射测量，因为煤本身和灰分对¹³⁷Cs γ的吸收基本一样，因此，穿过煤后的¹³⁷Cs γ信号就只与煤的厚度有关。因此，从中能量γ射线的强度变化可以反映出煤的厚度，以此可以修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化，而利用修正后的低能射线的衰减可求出煤中高原子序数元素的含量，从而计算出煤的灰分含量。

γ射线穿透灰分吸收示意图

l       煤可以看作由可燃物和非可燃物(矿物质)两部分 组成。其中，可燃物主要是碳、氢、氮、硫等，平均原子序数约为6，非可燃物成分主要是硅、铝、钙、镁、铁等，平均原子序数约为13。当煤的灰分含量变化时必然引起其平均原子 序数的变化。因此，通过测量穿过煤层的γ射线强度就可以确定煤中灰分的多少。
A=B₀+B₁×［（I_AM/I_OAM）/（I_CS/I_0CS）］
　　A——通过在线测灰仪测得的灰分值；
　　B₀——进行灰分静态标定时，测得该函数直线在Y轴上的截距；　

B₁——进行灰分静态标定时，测得该直线的斜率。
I_AM、I_0AM分别为带式输送机上有煤和无煤时放射性镅元素透过的强度；
I_CS、I_0CS分别为带式输送机上有煤和无煤时放射性铯元素透过的强度。
    水分在线检测分析装置采用微波测量技术。微波照射到移动的煤流上，将煤流中的水分子旋转或震动，这个过程中微波的传播速度和强度都变弱，通过测量微波的变化，得到煤流中水分的情况。同时水分仪中带有质量密度较正，可以使水分仪避免煤流上的高度和密度变化的影响，能够进行全煤流检测。

六、系统组成

（1）自屏蔽放射源

系统共有两个自屏蔽放射源，²⁴¹Am（镅）和¹³⁷Cs（铯）各一个，放射源为系统提供有效的γ射线，这些放射源都保存在屏蔽容器中，达到国家同位素仪器安全标准，对工作人员的身体健康不产生影响。

 （2）γ闪烁探测器信号采集通道

这两个通道进行在线的γ射线信号的采集，系统共有两个γ闪烁信号采集通道，分别与²⁴¹Am和¹³⁷Cs两个放射源构成两路测量通道，测量结果输入数据初步分析系统进行测量数据的初步分析。

（3）微波测量系统，包括微波发射天线和微波接收天线。

（4）超声波校正系统。可以提供物料密度的实时变化。

（5）现场装置控制及数据分析系统

该系统将初步分析探测器采集到γ射线信号，以及微波信号，结合其他运行信号，分析计算出被测量物料的成分。

（6）终端分析和显示系统

通过该系统的工作，可以按照客户的要求输出装置的分析结果，同时该系统还将作为装置和其他系统的通讯中介。

七、安装说明

系统安装相对比较简单，不需要进行大规模的现场改造工程，装置质量比较小，安装所需的人力和安装时间较短，不会对其他工作部门的生产工作造成任何影响。

（1）系统安装

安装过程比较简明，可以由最终用户完成，厂方可提供相应的技术指导。安装时，必须攀爬输送皮带，对测量传感器的支撑进行加固。各传感器外部框架安装完毕后，上下两组微波天线、放射源以及γ探测器固定在输送皮带的中央。的装置可以适应2000mm宽的内衬钢丝的皮带。

（2）电气供应

装置要求AC220V，2A的电源供应。信号可以4~20mA电流形式输出，客户可以比较方便的获取这种电流信号。同时信号将传输到装置的系统终端，系统终端将利用该信号得到其他的在线工业分析值。信号输出周期可调，例如：1分钟，5分钟，15分钟等。

（3）系统使用和维护

该系统是一个耐用稳定的系统，完成调试后，它将提供的煤质成分测量。系统进行了防水和防灰尘设计，可以在输煤这样的恶劣环境下正常工作。系统可以全自动工作，工作期间可以做到无人值守。

八、经济效益

1、提高锅炉运行效率。

（1）实现锅炉经济性运行。

系统根据本装置测量的锅炉每层燃烧器喷口处煤质情况（热值，灰分等）对入炉煤的着火温度、着火稳定性指数、燃烬特性指数进行诊断，系统通过进度显示的方式告诉运行人员如煤质的着火难易程度、火焰稳定性、燃烬特性及煤的结渣倾向等，系统同时提供如锅炉效率等机组经济性能诊断。运行人员能够根据当前锅炉的燃烧煤质情况及时对运行参数作出优化调整。根据初步统计，投运本系统后能使锅炉本体的效率提高约为0.3%，经济效益约为50万元。

（2）电厂制粉系统由于煤质的变化较大损耗较大，每年的设备维护和系统电耗约为300万元，投运本系统后，系统根据制粉系统当前煤质情况，提供相应的运行建议，包括水份对磨煤机出力的影响评价、灰份对磨煤机出力的影响评价、建议磨煤机出口温度、建议经济煤粉细度等，可以通过运行的调整减少设备的折旧，提高设备的使用率；根据煤质情况制定的制粉系统优化指导降低了制粉系统电耗和设备的维护量，全年效益约为20万元。

（3）提高锅炉运行安全性，减少因为煤质原因导致的锅炉非计划停机，减少发电损失。电厂的入炉煤源复杂，煤质变化较大，特别是现在煤炭供应紧张，煤炭的质量很难得到保证。系统能够对未来燃烧器喷口的煤质实时滚动预测。系统可以提前警告运行人员做好运行调整准备，便于负荷调整，避免锅炉灭火、结焦等现象的发生，提高锅炉运行的安全性。电厂因为煤质原因导致非计划停机，全年直接效益约为50万元。

2、提高燃料的利用率。

当前，国内煤炭供应比较紧张，电厂煤源比较多，煤质差异较大，这种情况会引起锅炉燃烧状态的不稳定。为此，许多厂家根据煤质情况，对燃料进行配比掺烧。运用本系统后，可以实时地提供煤质各种指标信息，使燃料的掺烧混配更加合理，效果更加明显。使用该系统后，一台300MW机组，每年预计节约费用约为50万。

因此，投运本系统后，预计电厂年收益150万元以上，投资回报率高，效益明显。

 九、工程周期

整个工程周期为6个月，其中供货周期为5个月，现场调试以及服务周期为1个月。

十、应用前景

该系统现在已经在国内外电力、煤炭以及其他物料在线测量领域成功运用，工程技术相对于其他更加的成熟。装置的工作稳定性，测量数据的可靠性已经得到了客户的实践检验。