Онлайн-анализ угля на конвейере методом меченых нейтронов

Для эффективного управления качеством угля необходим постоянный контроль его характеристик на конвейере. Нейтронный онлайн-анализатор, производства ООО «Диамант» позволяет в режиме реального времени предоставлять данные как о содержании различных элементов, так и о влажности и теплотворной способности угля, проходящего по конвейеру.

Различные ограничения, связанные со сложностью добычи и разработки новых месторождений, заставляют производителей угля использовать более эффективные технологии. Однако не всегда возможно добиться стабильного качества угля при использовании различных видов исходного сырья, полученного от нескольких поставщиков с отличающимся качеством. Непредсказуемые и неконтролируемые изменения качества угля могут привести к потере производительности и перерасходу ресурсов.

Чтобы этого избежать, необходимо постоянно контролировать качественные характеристики потока и вовремя реагировать на все изменения.

Не все современные методы отбора, подготовки проб и анализа позволяют оперативно измерять изменения в качестве угля. Для получения данных по зольности или теплоте сгорания стандартными методами необходимо несколько часов. В таком случае невозможно оперативно управлять потоками материалов. Если решения о регулировании технологического процесса при обогащении или сортировке принимаются на основе «догадок», то невозможно гарантировать конечный результат и коммерческую выгоду.

Компания «Диамант» создала поточный онлайн-анализатор, предназначенный для определения состава угля и других материалов через ленту конвейера, используя метод меченых нейтронов (ММН) — инновационную технологию определения элементного состава вещества, разработанную учеными Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна). ММН позволяет определять на расстоянии и даже через различные экраны концентрации 25 элементов, в том числе легких, таких как кислород, углерод и азот, что является большим преимуществом перед другими анализаторами.

Физический принцип метода меченых нейтронов состоит в следующем. Нейтрон всегда рождается в паре с a-частицей (ядром гелия), которая вылетает в сторону, противоположную движению нейтрона. Мечение нейтронов заключается во встраивании в нейтронный генератор дополнительного детектора a-частиц. Он позволяет отбирать только те y-кванты, которые произошли от нейтронов, попавших в исследуемый объект. Если обычный нейтронный источник можно сравнить с обычной лампой, испускающей свет во все стороны, то установка на основе ММН — это нейтронная лазерная указка, освещающая только объект анализа.

Очень важным преимуществом анализатора на основе ММН является большая проникающая способность быстрых нейтронов. Они пронизывают весь слой вещества на конвейере толщиной до 300 мм и дают элементный состав, усреднённый по всему облучаемому объему, масса которого может достигать 50-100 кг. Это кардинально отличает ММН от всех рентгеновских и лазерных методов, позволяющих определить концентрации всего лишь на глубину нескольких миллиметров.

Какие преимущества предоставляет установка, работающая на основе ММН, при анализе угля? Дело в том, что прямое определение элементной концентрации углерода требует довольно сложной аппаратуры. И неслучайно практически все имеющиеся приборы определяют не содержание углерода в угле, а зольность угля, то есть суммарную концентрацию оксидов металлов.

Природа распорядилась так, что именно при облучении быстрыми нейтронами можно хорошо определять концентрации легких элементов: углерода, кислорода, азота, фосфора и др. Поэтому установки на основе ММН дают возможность определять качество угля двумя методами — через прямое определение концентрации углерода и через зольность, суммируя концентрации тяжёлых элементов в пересчете на их оксиды.

Более того, уникальная возможность ММН определять концентрацию кислорода в образце позволяет определять влажность материала. Это очень важно для всех практических применений.

Наконец, зная содержание углерода, серы и оценивая долю водорода в угле, можно по эмпирической формуле Менделеева определять низшую теплоту сгорания угля. Для некоторых технологических производств, связанных с использованием угля, возможно, кроме указанных параметров, отдельно выдавать значения отдельных химических элементов в потоке (например, железа, кальция и т. д.)

Таким образом, одна установка АГП-К позволяет определять все важнейшие характеристики угля.

Нейтронный модуль конвейерного анализатора АГП-К, разработанного ООО «Диамант», показан на Рис. 2. Нейтронный источник облучает уголь на ленте конвейера быстрыми нейтронами с энергией 14 МэВ. Они вызывают свечение ядер объекта в диапазоне 1-10 МэВ, которое улавливается y-детекторами. Каждый элемент имеет свой характерный y-спектр, по которому можно определить его концентрацию.

Нейтронный модуль размещается между рабочей и холостой лентами конвейера. Слева и справа размещаются термостаты с гамма-детекторами. В них всегда поддерживается постоянная температура, что позволяет использовать анализатор в различных климатических условиях. Блок с нейтронным источником может выдвигаться по рельсам с правой стороны для замены нейтронного генератора. Вся установка сделана в исполнении IP 65. Это важно для применения на производственных объектах, опасных по взрыву пыли и газа. Типичные относительные погрешности определения концентрации углерода составляют 0,3 %, зольности — 3,0%, влажности — 5%, теплотворной способности— 1%.

В зависимости от производственных задач поточные анализаторы АГП-К для определения элементного состава могут быть установлены в различных точках производственной цепи технологических процессов, связанных с добычей, обогащением и использованием угля, на таких объектах, как шахты, разрезы, обогатительные фабрики, коксохимзаводы, тепловые электростанции и другие технологические производства.

Текст: М. Г. Сапожников, исполнительный директор — научный руководитель ООО «Диамант»

www.diamant-sk.ru
office@diamant-sk.ru
e-mail: diamant-sk.ru,
Тел.: +7 (49621) 6-39-35