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(duì)環(huán)境的日益關(guān)注，特別是對(duì)硫釋放的關(guān)注導(dǎo)致法律對(duì)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(cè)設(shè)備家族中的重要一員。 該設(shè)備價(jià)格相對(duì)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(cè)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(cè)量 灰分。對(duì)給定的煤種，該設(shè)備的測(cè)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(cè)運(yùn)送到選煤廠的原煤；監(jiān)測(cè)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(cè)送往用戶的煤質(zhì)是否達(dá)到合同要求 的質(zhì)量。
1.2 自然伽瑪射線技術(shù)
另一種廣泛使用的簡(jiǎn)單的分析儀能夠測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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）。
1.3 快速伽瑪中子活化分析技術(shù)（PGNAA）
為滿足市場(chǎng)上對(duì)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(cè)定人們通常感興趣的灰分，水分，發(fā)熱量以外，還可以測(cè)定灰分中的 硫分，美國清潔空氣法案要求電廠對(duì) SO2的排放進(jìn)行控制，該分析儀也可以測(cè)定對(duì)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(duì)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(cè)量輸送機(jī)上的煤質(zhì)測(cè)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(shì)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(duì)整個(gè)煤流進(jìn)行分析。
除了煤層很厚的現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試首次表明可以對(duì)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(chǎng)試驗(yàn)了?！?br />
3.2 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)試驗(yàn)。在現(xiàn)場(chǎng)，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(cè)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。
3.3 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)適當(dāng)標(biāo)定的PGNAA分析。