儀器採用雙γ射線穿透法，能消除煤的疏鬆度、粒度等因素的影響，快速測出煤的灰分和發熱量。該方法是實現快速煤質線上分析儀普遍採用的方法，該方法所用的放射性元素具有能級低、使用時間長（最短的半衰期30年）、劑量小等特點，因此安全可靠，在使用壽命中無需更換放射源。
基本介紹
- 中文名：灰分儀
- 漏洞：通過煤炭混裝，以次充好
- 原理：灰分的平均原子序數大於12
- 主要部件：雙γ放射源
前言,煤炭交易的漏洞,灰分儀的套用,主要部件說明,儀器技術特點,技術條件,質量保證措施,服務承諾,儀器分類,分類1,分類二,
前言
煤灰分是煤在一定溫度下充分、完全灼燒後，氧化物殘渣所占的質量分數（即重量百分比）。煤灰分與煤的發熱量密切相關，為提高煤的利用效率，必須嚴格控制煤產品的灰分。但是，傳統的灼燒化驗法工序複雜、結果滯後時間長，不能適應煤產品質量控制要求，當實驗結果得出時，煤可能已經生產入庫或被灼燒掉，因此，不能對生產和使用起到快速監控作用。為了解決這個問題就需要研究新的更科學的方法，需要研究測灰分值的新方法。隨著科學技術的發展，該公司研製出利用核物理方法的煤質分析儀，該儀器採用雙源透射法，將核技術與計算機相結合，可快速無損地測量煤炭的灰分，控制煤炭質量及時指導生產和進行質量監控, 從而提高效益。
煤炭供應形勢緊張、煤炭價格大幅上漲，用煤企業的生產成本不斷增加。煤炭質量不僅影響電廠正常運行，而且也關係到電廠生產成本的高低。利益驅使下的煤炭交易中普遍存在的各種形式的弄虛作假，不僅導致企業的成本增加，更影響生產；而企業在入廠煤質量監管方面的手段又相對落後，也給了煤炭交易中的弄虛作假以可乘之機。
煤炭交易的漏洞
實際上，煤炭交易中的弄虛作假和企業監管中的漏洞主要是以下幾個方面：
①通過煤炭混裝，以次充好。比如供煤方在煤炭裝車時將低於標準的劣質煤裝進車底，而將達到或者超過標準的優質煤裝在車廂上部，
②另外一種比較難以發現的是測量數據滯後無法及時杜絕不符合契約要求的煤入場，等等。
以上情況是用煤量相對較大的企業在入廠煤驗收方面普遍存在的問題。即使電廠管理嚴格，也不可能完全避免以上情況的發生；同時從節約和充分利用能源、控制生產成本、提高管理運營水平的角度來講，企業也迫切需要改變入廠煤驗收環節的現狀。
綜觀以上各種作弊手段，之所以能夠有機可乘，無非是因為用煤企業普遍採用的入廠煤監管手段落後所致，具體到電廠：
首先,傳統的煤炭質量驗收方法比較煩瑣，除了採樣、制樣縮分，水分的測量，一直到通過灼燒法得到灰分，再用氧彈或者量熱裝置得到發熱量等，至少需要幾個小時，甚至更長時間。
這樣做的最大弊端就是煤炭質量數據的得出嚴重滯後於生產需要；同時由於環節多，必然帶來更多的人工誤差；或者帶來諸多人為因素影響煤質數據的情況發生；也容易帶來廠礦之間的糾紛等等。
作為一個年用煤量較大的火力發電企業，無論在入廠煤質量監管方面存在以上所列舉的哪一種情況，都會給企業造成巨大的浪費和損失。正是基於以上客觀存在的事實，在經過現場實地勘測和初步了解企業情況以後，建議企業使用入廠煤質量監管系統。
灰分儀的套用
測量原理：
快速煤質分析儀技術原理：
該方法的原理為：煤炭中碳、氫、硫等組成的有機物以及碳都是可燃燒性物質，在煤炭中這些物質的元素含量雖然不同，但是大體上原子序數都比較低，平均值為6左右。煤灰中矽、鋁、鈣、鐵的氧化物以及鹽類物質是代表著不可燃燒的物質，即灰分，這些元素的原子序數都比較大，灰分的平均原子序數大於12。
由以上所述，可燃物質與灰分之間平均原子序數相差大於6左右，可以利用雙能γ射線照射煤流，其中低能Am（鎇）源用來檢測煤質灰分，中能Cs（銫）源來消除厚度、密度帶來的影響。由理論推導可以得出灰分（Ash）與雙源的吸收關係（R）為線性關係，即可得出公式Ash=kR+b（R為被吸收後的Am源、Cs源特性參數之比）。從而就確定了原子序數較低的可燃燒物質的含量，經過數據處理後以灰分的形式顯示出來。
TK型煤質分析儀
1 TK-2000型灰分儀主要由以下幾部分組成：
雙γ放射源；電子測量櫃； 計算機處理系統；
主要部件說明
2.1 雙γ放射源，採用241Am，137Cs放射源。
2.2 高 壓：根據探頭的實際情況而定。
2.3信號處理箱體，對信號進行收集和處理。其中一些參數根據現場而定。
2.4計算機處理系統：採用工業標準控制計算機。
單元：由輻射源（241Am和 137Cs）和探測器(NaI晶體和光電倍增管及前置放大部分)組成。
信號處理及控制單元：包括高壓電源、低壓電源、雙單道放大處理板、CPU板、計算機和操作軟體。
雙能量透射法煤質分析儀測量方法框圖
儀器技術特點
a) 按照礦區煤種要求刻度儀器，線上灰分儀採用分層標定，計算機自動校正，消除了人為影響。
b) 線上標定,當皮帶開動時利用採樣機構採集的樣品來標定儀器工作曲線,使標定時的煤樣與工作時的狀態保持一致.
c) 採用灼燒法化驗標定煤樣的灰分值作為約定真值。
d) 電子測量箱安置在皮帶現場,將探測器傳來的信號處理後通過485通訊給計算機.
e) 計算機與電子測量箱之間可進行1500米全雙工通訊.
f) 操作軟體基於WINDOWS操作平台開發，方便、實用，並預留網路接口
γ輻射煤灰分測量儀執行標準 EJ/T1078-1998
技術條件
1. 分析類型：主要對各種類型煤的不同灰分值的不間斷測定。
2. 儀器長期穩定性：漂移量≤±0.5%（八小時連續工作所得）。
3. 灰分線上測量時間6秒至60秒可選。
4. 測量精度：測量精度受煤種的影響。一般同一煤源條件下：
低灰分煤 ≤0.5% (1σ)
中灰分煤 ≤2.0% (1σ)
高灰分煤 ≤3.0% (1σ)
5. 電源：輸入電壓：AC220±2V，50±1Hz. 消耗電功率：800W.
6. 接地電阻：< 3Ω
7. 工作環境:
最大潮濕：探測裝置相對濕度90±2%（40℃），
測量裝置相對濕度85±2%（30℃）。
電源變化：供電電壓為220V，變化範圍242～193.6V。
質量保證措施
為保證向需方提供合格的產品，公司產品嚴格執行各項質量檔案要求。根據ISO9000國際標準的要求，為提高該產品的質量做出了特別的努力：
1. 嚴格器件篩選；
2. 嚴格按照工藝要求，做到組裝一道檢查一道，確保證整機性能；
3. 整體器件均由專業生產單位完成；每台儀器均由高溫、低溫、潮濕、震動、長穩五項檢測保證整機的可靠性.
服務承諾
1保修：12個月的免費保修服務。
2 維修：保修期滿後，提供常年及時的合理收費維修及零部件供給。
3 及時接受客戶服務需求，服務信息確認後四十八小時服務到位。
4 設備採購後免費培訓用戶。
5 該公司指定人員，定期對需方進行電話巡訪，了解儀器工作狀態，跟蹤服務落實。
6 及時列入公司服務檔案，保證服務的落實。
7接受和處理需方對服務的投訴和肯定。
儀器分類
分類1
TK型煤質分析儀分為TK-2000線上型和TK-200離線型兩大系列
1. TK-2000線上型適用於皮帶輸煤機構線上測量，儀器現場安裝自支架分為立式簡易支架和臥式支架兩種
1.1立式簡易支架
立式簡易支架適用要求：
適用於皮帶上煤料的直接測量但對皮帶上煤的厚度有要求：
煤層厚度：厚度：≤350mm，≥100mm（當皮帶上煤層厚度變化超過平均值的10%時，應加束流、刮平裝置，皮帶中應無鋼絲、鋼筋等物質）。
待測煤的粒度： 厚度 粒度要求
100～150mm < 13mm
150～300mm < 40mm
1.2 臥式支架
該支架為非標件根據現場情況設計，對輸送機構無要求並具有子樣採集系統可收集化驗室分析樣。
2. TK-200離線型適用於進場汽運和火車運輸煤離線測量，該系列產品可廣泛套用於火力發電廠、洗煤廠、煤焦廠、水泥廠、化肥廠、鋼鐵廠等大量使用粘煤、原煤和各種煤產品的單位，能快速測量出煤炭的灰分值、發熱量等重要性能指標。具有性能穩定、測試速度快、精度高、操作簡便等特點，同時儀器具有儲存和遠程監控功能，並可與區域網路相聯。使用時可單獨離線使用或與入廠煤機械化採樣機配套使用，各種配置均屬該公司用戶使用成熟技術。
2.1 TK-200離線型單獨使用
結構特點：TK-200離線型結構上分為兩大部分，即測量裝置，數據處理部分(含計算機數據分析系統)，結構布局明晰維護簡便。
安裝方式：儀器安裝在室內，它可以多點採樣，不需要複雜制樣過程，逐一測量。
2.2 TK-200離線型與入廠煤機械化採樣機配套使用
入廠煤機械化採樣機結構特點：入廠煤機械化採樣機結構上分為，取樣裝置，樣品預處理部分。
安裝方式：入廠煤機械化採樣機採用橋式安裝，TK-200離線型與採樣機構一體安裝，結構合理維護簡便
分類二
ZZ-89(B/C/D/G)型系類煤灰分儀（清華大學研發）
ZZ-89C/D型線上式灰分儀是在ZZ-89A型灰分儀的基礎上改進而來。ZZ-89A型灰分儀採用DOS作業系統，一台工控計算機只能帶一套測量設備。ZZ-89C/D型除了具備A型灰分儀基本功能外，採用了Windows作業系統，具備了聯網功能，1台工控機可以控制多台灰分儀。
C型是旋轉式架構，帶標準測量測塊，可以根據設定的校驗時間（一般每日1次）進行參數校驗，自動對儀器的慢漂移進行校正；而D型則是固定式架構，所需安裝空間小，便於安裝，但需要定時校驗。
性能指標
煤的種類 | 測量精度 |
非重介選煤工藝的精煤（灰分<15%） | 小於0.5% |
低灰分原煤（灰分<25%） | 小於1.0% |
高灰分原煤(灰分<45%) | 小於1.5% |
重介質選煤工藝的精煤，若殘介量波動<1.0公斤介質/噸 | 可達0.6% |
重介質選煤工藝的精煤，若殘介量波動<2.0公斤介質/噸 | 可達0.8% |
対被測煤流要求：輸送皮帶上被測煤流質量厚度（射線束位置）應大於2.5g/cm²,灰分無系統性差異；
水分影響：水分每變化1%，灰分測量值一般變化約0.05%~0.1% (與煤種有關)；
穩定性：連續測量標準塊，任取8小時數據，其中任一“10分鐘灰分”值與平均值的最大偏差不超過±0.5%。
功能特點
能顯示1分鐘、10分鐘、1小時內的灰分值；
可查詢10分鐘、小時、日、月以及任何時間區間灰分值；
自動校正儀器慢漂移和放射源衰減等因素影響；
設遠距離LED灰分顯示儀，向操作人員及時顯示灰分數據；
根據皮帶運行狀況和皮帶上煤流狀況，自動確定工作狀態；
可以存儲多種煤種參數，數量無嚴格的限制；
超大規模積體電路FPGA集成晶片，模組化計算機；
提供兩路4-20mA模擬信號和串列通信接口輸出，用於灰分顯示或與集控系統連線；
Windows2000以上版本，一台工控機最多可以帶16套灰分儀主機；
測量系統實時監測運行關鍵參數，且關鍵參數軟體可調；
利用網路，遠程管理，進行煤種參數標定，查詢測量數據；
遠程故障判斷、維修、軟體升級；
提供資料庫接口、ModBus匯流排等，用於基於網路的灰分儀數據共享與編程。
ZZ-89B型離線掃描式γ輻射煤灰分儀，具有獨特的γ射線束對煤樣作掃描測量的專利技術，確保絕大部分煤樣都被等權重地測量，因此即使灰分分布很不均勻，一次測量的可信度也很好，大大方便了實際使用。對一個煤樣，作20次以上重新裝桶測量，結果的均方根誤差約為0.2%~0.3%，比其他離線測量方式的結果約好3倍。
ZZ-89B型灰分儀被廣泛套用於焦化廠，電廠的入廠煤質監測，以及洗煤廠各工藝流程中煤灰份的監測。
性能指標
煤的種類 | 測量精度 |
非重介選煤工藝的精煤（灰分<15%） | 小於0.5% |
低灰分原煤（灰分<25%） | 小於1.0% |
高灰分原煤(灰分<45%) | 小於1.5% |
重介質選煤工藝的精煤，若殘介量波動<1.0公斤介質/噸 | 可達0.6% |
重介質選煤工藝的精煤，若殘介量波動<2.0公斤介質/噸 | 可達0.8% |
樣品量：大於5千克，小於10千克；
水分影響：水分每變化1%，灰分測量值一般變化約0.05%~0.1%（與煤種有關）；
穩定性：連續測量標準塊，任取其中8小時測量結果，任一“10分鐘灰分”值與平均值最大偏差不超過±0.5%；
重複性：同一樣品作重新裝桶多次測量，結果的均方根誤差約為0.2%~0.3%。
功能
無需複雜制樣，3~5分鐘即可測得樣品灰分；
提供詳細的歷史灰分測量數據查詢功能；
自動對儀器慢漂移和放射源衰減影響進行校正；
測量結果可通過網路遠程查詢；
可以存儲多種煤種參數，數量無嚴格的限制。
ZZ-89G型用於鋼絲皮帶的線上煤灰分儀
套用背景
在一些大型煤炭生產、運輸企業中，由於其煤炭運輸量很大，為了提高輸煤皮帶強度，增加壽命和安全性，往往採用內嵌鋼絲皮帶。普遍使用的線上煤灰分儀套用在鋼絲皮帶上，其測量結果會受鋼絲影響，將產生很大的誤差。
本廠品利用獨特的設計解決了這個難點，可以套用在鋼絲皮帶運輸煤炭的系統上，測量灰分不受皮帶中鋼絲的影響。
技術難點
普遍使用的煤灰分檢測技術是雙能量γ射線透射衰減技術，其缺點是灰分測量結果受鐵元素含量變化影響很大。如果這種灰分儀安裝在鋼絲皮帶上，由於皮帶在工作過程中會發生跑偏以及不可避免的晃動，鋼絲對低能射線的強烈吸收，低能射線的強度衰減量將隨皮帶的橫向運動發生強烈變化，而該衰減量正是灰分計算的主要參數之一，因而會有較大誤差，導致普通灰分儀在鋼絲皮帶上不能正常使用。
解決方案
我們通過獨特的設計方案，使得不管鋼絲皮帶如何晃動，其中鋼絲對射線衰減量的影響固定，再通過零點標定，將鋼絲影響排除，這樣的線上灰分儀就可以在鋼絲皮帶上套用。
性能指標
煤的種類 | 測量精度 |
非重介選煤工藝的精煤（灰分<15%） | 小於0.5% |
低灰分原煤（灰分<25%） | 小於1.0% |
高灰分原煤精度（灰分<45%） | 小於1.5% |
重介質選煤工藝的精煤 | 小於0.6% |
主要功能
具有普通灰分儀的基本功能；
能夠測量用鋼絲皮帶輸送煤的灰分；
主界面顯示多種灰分數據與系統信息；
可以各種形式查詢灰分歷史記錄；
提供遠端LED灰分顯示儀，供現場操作員使用；
提供4-20mA模擬量、串列通信、網路通信等多種接口供與用戶其他系統連線；
提供遠程數據監視與查詢的客戶端軟體；
灰分儀程式操作分級管理，擁有管理許可權的人員才可以修改、設定運行參數。
套用效果
現已申請專利並授權，在煤炭企業成功套用了多套，套用效果很理想，測量精度與該公司其他產品的精度相當，現場運行已經很長時間，系統穩定可靠。
現場套用舉例如下：
山西某洗煤廠，煤灰分範圍8-11，實際測量精度為0.47%；
山西某洗煤廠，煤灰分範圍20-35，實際測量精度為1.23%；
內蒙某洗煤廠，煤灰分範圍25-45，實際測量精度為1.33%。
