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1、煤质在线分析技术研究及应用现状摘要在简要介绍煤质分析内容基础上,阐述了煤质在线分析技术在采制样和在线检测分析等方面的研究和应用现状。介绍了近红外线检测技术应用于煤质在线分析的测量原理,给出了被测煤样二次微分的光谱图,并分析了在火电厂应用近红外线检技术的可行性。关键词:煤质分析在线监测近红外线光谱火电厂发电成本中燃煤费用约占70%,入厂煤与入炉煤的煤质监督管理工作直接关系到电厂的安全经济运行。全国煤炭市场放开以后,电厂燃煤中国家统配煤的比例逐渐下降,小窑煤的比例增加,煤质多变的现象在全国各电厂普遍存在。传统的煤质分析均采用人工采样制样,利用实验室仪器对其进行分析,这样分析速
2、度慢,一批煤样的分析周期为6～8h,大多数电厂当天的煤样第二天才能出检测报告,远远不能满足锅炉燃烧调整和事故分析的需要。由于检测手段的限制,使得实际需要与检测数据报出时间滞后的矛盾越来越突出,因此很有必要研究、实现煤质的快速在线检测。本文在对近年来国内外在本领域的研究进展进行概括总结基础上,对应用近红外线技术实现煤质在线检测的可行性进行了研究探讨。1.煤质分析的内容煤质分析包括工业分析和元素分析。工业分析包括水分、灰分、挥发分和固定碳的分析;元素分析包括碳、氢、氧、氮、硫等元素的分析。根据工业分析指标,可以基本掌握各种煤的性质和特点,并确定其在工业上的实用价值。在火电厂中
3、煤的工业分析是指每天对入厂煤和入炉煤必测的常规检测项目。工业分析和元素分析的测量方法都依据国家煤质分析的有关标准。2.煤质在线分析技术2.1采制样方面1.需采制样的煤质在线分析系统日本关西电力公司研制了一套需要采制样的煤质在线分析系统,该系统完成了从采样、传送、预处理、煤质分析全过程的全自动煤质在线分析。该系统由3个部分组成:a. 将试样运往分析装置的传送部分;6b. 进行试样分析及其辅助作业的分析装置部分;c. 监视各分析装置动作情况,并管理分析结果的总体监控部分。该装置对煤样的元素分析基本上采用燃烧吸收红外线方式,工业分析采用热天平方式和炉内氛围气体控制方式。一次分析
4、时间为1h左右。2.不需采制样的煤质在线分析系统实验室煤质分析均需要采制样,火电厂入厂煤一般采取的总样质量多达数百公斤,用逐级破碎缩分的手工方法缩制,2名熟练的制样工至少需要2h才能完成,就是采用破碎缩分联合制样的机械也需1h左右。对于水分含量高的煤或是阴雨天,采制样机械的故障率很高,同时采制样过程由于人为因素等影响,很难保证样品的代表性,因此要实现煤质在线分析,应努力研发不需采制样、不受煤质变化影响的在线灰分、水分、挥发分等的分析仪表。经过多年努力,美国、德国等国家已经研究成功不用采制样而直接测定煤中灰分、水分的在线检测系统,并已投入实际应用。2.2检测分析方面1.放射
5、性测定煤中灰分[1]在煤的灰分监测仪中,国内外普遍采用了核技术,应用核技术检测煤中灰分的方法归纳起来有下列4种:双能γ射线穿透法、60keV的γ射线散射法、电子对法和中子活化分析法。应用较多的是双能Y射线穿透法和中子活化分析法。煤是由可燃和不可燃部分组成,其中挥发分和固定碳为可燃部分,它们均是由原子序数较小的氢、氧、碳原子组成;灰分是不可燃组分,它主要是由硅、铝、镁、钙等原子序数较大的原子组成。当低能γ射线穿过煤层时,可燃组分中的各元素原子序数小,吸收效应较弱,γ射线衰减系数小;反之不可燃组分灰分中各元素原子序数较大,吸收效应较强,γ射线衰减系数也大。穿射煤层后的射线强弱
6、,直接反映了灰分含量的大小,利用高低能量的射线建立数学模型,测算出灰分值。2.微波法测定煤中水分水分在线测量的方法有红外线—电导法、电容法和微波法,其中微波法较为常用。其原理是当微波穿过物料时,使自由水分子旋转,这一效应降低了微波的强度和速度,通过强度和速度降低的幅度测算出水分值。常规的微波测水仪只能在一种频率下测量,而德国生产的LB354型测水仪可在很宽的频带内使用,因而可抑制由于多次反射而引起的谐振干扰。当微波方向与煤粉的流动方向呈90度角时,在某一特定的频率段煤中混合碳含量与微波的相角变化呈一定的比例关系。根据这种关系,用计算机对大量煤质数据进行分析,并建立其数学方
7、程式,将微波区段的参数代入方程式,同时引入微波区段的微波吸收相角变化系数,6并利用煤中灰分、水分、混合碳间的数量关系以及含碳量与挥发分间建立的数学回归方程式,进行多元回归分析。在外电场的作用下,水分子的极化程度远大于其它物质,表现为水的介电常数远大于其它物质,而物质的介电常数越大,对微波能的吸收越多：式中:Q为物质单位体积每秒吸收的能量,W/cm3;f为微波频率,Hz;E电场强度,V/m;ε′为物质介电常数,F/m;tanδ为物质的正切损耗角。图1为水的介电特性与频率的关系。在某频率下,水的介电常数εγ=75F/m,煤介电常数
