工业物料成分在线监测.docx

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工业物料成分在线监测

工业物料成分在线监测

工业生产中流程的控制一直都是极其重要的管理重点，流程控制技术总体规模越来越大，效率和效益指标越来越高，并且随着市场的激烈竞争，从原材料到品牌都要求能具有一定的柔性生产适应性，节约能源和保护环境也引起社会极大的关注。

所以，应运而生的先进控制技术（APC）、实时优化（RT-OPT）用于提高装置操作、控制、管理水平，来追求更大的经济效益，已成为当今迫切需要解决的热门手段。

我国地大物博，矿产资源丰富，种类繁多，而这其中煤炭，铝矿等矿产的利用则成了中国这个泱泱大国的重要问题。

因此，快速地获得物料数据成为了许多大型生产类的工厂调节的重要依据...展开工业生产中流程的控制一直都是极其重要的管理重点，流程控制技术总体规模越来越大，效率和效益指标越来越高，并且随着市场的激烈竞争，从原材料到品牌都要求能具有一定的柔性生产适应性，节约能源和保护环境也引起社会极大的关注。

所以应运而生的先进控制技术（APC）、实时优化（RT-OPT）用于提高装置操作、控制、管理水平，来追求更大的经济效益，已成为当今迫切需要解决的热门手段。

我国地大物博，矿产资源丰富，种类繁多，而这其中煤炭，铝矿等矿产的利用则成了中国这个泱泱大国的重要问题。

因此，快速地获得物料数据成为了许多大型生产类的工厂调节的重要依据。

广泛点说，快速地获得被检测物料的元素含量等参数，然后在此基础上在配比时进行相应的调整，达到最大化的使用原材料，一可减少成本损耗，二可减少有限资源的浪费。

以煤炭为例，每年用于发电的燃煤占煤炭生产总量的32％左右，发电装机容量中75％是煤电，在用电需求越来越大的今天，节能降耗越来越被重视，节能降耗产品的推广使用也必将越来越多。

　　除了煤炭的运用，铝矿等其他金属矿材、水泥等也在我国的各个方面起着重要作用。

本文所述的物料成分在线分析系统就是基于此种目的而进行研究的。

此分析系统主要是对电厂煤炭、水泥、铝矿等物料的检测，从而获得对工厂有用的物料数据。

在线分析系统主要由数据检测单元、数据处理单元、数据发送单元三部分组成，这3个单元处于一个平行结构中。

数据检测单元中的核子分析仪首先对传送皮带上的物料进行检测，系统采用先进的D-T（氘-氚）中子发生器的中子感生瞬发Y射线分析技术，将热中子俘获反应和快中子非弹散射反应相结合，通过分析γ射线特征能量来识别核素种类，分析γ特征射线的数量峰面积来分析元素的含量，从而实现物料全元素成分的在线分析。

可检测到物料中的C、H、O、N、S、Al、Si、Fe、Ca、Ti、Na、K等12种元素，有效解决了碳、氧分析的技术难题。

检测到的信号通过RS485传输协议通过屏蔽电缆传输到操作间，同时相关控制信号也由其它电缆传送至检测单元内的中子发生器的前置放大器；当信号进入到数据处理单元后，处理单元将光信号转变为电信号，对电信号进行放大、滤波及模数变换等处理，最后由通信接口送至数据库。

信号最后经数字化谱仪及谱数据处理软件的分析后形成物料的元素数据，元素数据经过功能模块系统的处理后变为客户需要的实时数据。

最终实时数据通过光纤等传输媒介，途经交换机等网络设备，送到客户的服务器数据库中。

整个过程是实时的，数据所获得的时间是短暂无滞后的，真正实现了对物料成分（主要是煤炭、铝矿、水泥）全元素的在线检测和分析。

从而使用户可以通过获得的实时数据对生产、堆料等环节做出动态调整，真正达到了节能降耗，安全生产的目的。

在线核子分析仪（Ncuoalyezr）是一种新技术，最近才获得工业应用，它用于检测生产中的连续运输的物料的元素成分。

核子分析仪有多种用途：

用于在粗碎前或粗碎后在皮带运输机上测定矿石品位；分析在管道运输中选矿机的给矿以及分析选矿机的精矿和尾矿。

有些冶炼厂要求给料成分稳定，核子分析仪也可以用于分析冶炼厂给料的元素含量，包括Cu、Fe、Si的含量。

核子分析仪比别的分析方法有如下优点：

（a）它可以直接地对生产过程进行检测而不需要取样，（b）可以分析流动的粒状物料和矿桨，（c）仪器不与被测定的物料接触。

一些核子分析仪正在用煤炭作燃料的火力发电厂使用,而且更多的正在付诸使用。

核子分析仪的工作原理是建立在已经研究得相当充分的瞬时裂变丫中子活化分析的基础上的。

放置在流动物料外面的中子源,发射出高能中子,深人到物料里面。

中子发生碰撞拜失去能量,尤其是给氢核,它存在于物料流中或者存在于中子流周围的物质中。

大部分中子不是失去足够的能量和分子达到热力学平衡就是耗散了。

热中子有很高的几率被核子捕获而不从核上跳出去。

该几率的大小首先取决于个体核子的物理性质。

特别是核子的化学环境、温度或团粒物料的粒度分布。

捕获中子的核子在能量方面被激发井幅射出它自己的类型（如硫、铁、碳等）特有的、特征的丫一射线。

这些特征丫一射线具有很高的能量能够轻易地穿透被分析物料的原料层,到达安装在物料流上方的探测器。

该探测器能够鉴定各种元素,拜按不同的丫一射线的强度来鉴定这些元素的含量。

PGNAA是一种核子测量技术,是对不连续的事件（即标准能量的丫一射线）进行计数,其结果包含着遵循泊松分布的误差,在这方面是与通常的化学分析方法不同的,化学分析的精确度与称量误差或操作熟练程度有关。

在计数测量中,误差取决于累积的计数总次数,拜等于一单次计数值的平方根。

由于计数的总次数正比于累积的时间,因此,在线核子分析仪的随机误差与累积时间的平方根成反此而变化。

该仪器已用于料仓,流槽,皮带等不同几何形状的设备,也用于实验室样品和料浆,在使用中选定了最佳参数。

从中子发出的瞬时丫射线,具有2-10兆电子伏特的能量。

就这种高能丫射线而言,有两种类型的探侧器是有用的:

碘化钠闪砾体和锗闪砾体。

为了有效地检测高能丫一射线,需耍用大型探测器。

大型的碘化钠闪砾体,例如直径为6英寸高6英寸的圆柱体,在市场上能够买到,已在CONAC系统中采用。

它们具有很高的效率。

但是,它的能量分辨率（在极大值之半的位置上的峰宽除以峰值能量）却是中等的,约8肠左右。

锗的晶体小些,一般规格为2火2英寸,因而效率较低（就常用的能量而言,约为Nal的1一5%）。

然而,锗晶体的能量分辨率则比NaI好得多,约为0.1%。

按照不同情况可使用一个Nal或Ge探测器，也可以同时使用两种探测器。

在分析Ge能谱的数据时,通常仅需将能峰面积加起来。

少数情况下,即使是在高分辨率的Ge能谱中,吸收峰将重迭,则使用拟合法。

为Nal能谱编制了供大型计算机主机使用的复杂的编码（Code）。

使`得i乍多重迭的能峰分开。

SAI（SeieueeApplieation,inc科学应用股份有限公司）研究了一种对这种展开法的简单的近似法,称为能谱相关法（SCM）,供微型信息处理机（Miero一proee-ssor）使用,当一种或两种能谱线在一个宽阔的能峰中突出的时候,这种近似法使用得很好。

一台获得成功的元素分析仪,必须具备下列功能:

（1）系统管理。

数据及档案备份与恢复,通信资源管理、用户管理、系统定时任务管理等;另外,系统内部的常用参数可由系统提供的界面修改,便于维护。

（2）档案管理功能。

（3）报表管理功能。

（4）系统自检维护功能。

（5）图形编辑器功能。

（6）多种电能量计算方法功能。

（7）远程数据采集功能。

（8）分层次线损管理功能。

要达到的技术指标要求有：

（1）系统容量原则上没有限制,大型系统至少可以支持5000个计量点。

（2）终端定时采集电表数据在周期1min～24h中的任意时间。

（3）主站定时召唤数据采集、终端存储数据周期在5min～1月中的任意时间。

（4）数据采集时间时标精确到1s。

（5）系统年可用率大于99%。

（6）系统采集电表数据出错率为0。

（7）在使用条件下数据采集成功率大于99%。

（8）系统主站及数据采集终端的时间精度与GPS标准时间同步偏差小于2。

在线物料检测技术可以实现多种物料含水量的检测还有水泥工业物料成分的分析。

目前,在大型钢铁联合企业的综合原料场,各种矿粉都是露天堆放。

匀矿生产过程中,预配料工序一般采用重量自动配料法,按照计划配比设定配料量,由电子皮带秤检测每种矿粉的实际配入量。

重量配料法本身无法消除物料水分波动对配比的影响。

而天气变化、料层变化、进厂物料水分波动等因素都会造成原料场矿粉水分的变动,从而影响到实际配比的变化,使得配合料偏离目标配比。

特别是在雨季或干燥季节对匀矿质量指标影响尤为明显。

目前烧结原料测水的方法主要有取样烘干法、红外水分仪在线检测法、中子水分仪检测法等。

其中,取样烘干法由于检测时间长,对配料生产的指导意义不大,一般只作为取样分析用；中子水分仪由于其具有电离辐射性,在生产现场应用较少；目前应用比较广泛的是红外水分仪,其测水原理如图1所示。

该仪器是基于水分对特定波长红外线的吸收特性而设计的。

在特定波长范围内,水对红外线的吸收较强,当用特定波长的红外线照射物料时,物料中所含水分就会吸收红外线,含水量越大,吸收的红外线越多,因此通过测量反射波的衰减量即可计算出各种物料的水分含量。

近年来,红外水分仪已在烧结球团行业得到了普遍应用,几乎每个大型烧结厂都会安装红外水分仪对物料进行水分检测。

但由于受红外水分仪功能特性的限制,当物料的外观颜色、化学成分等发生变化时,检测数据就会出现较大偏差。

为此,在使用前需要针对每种物料进

行水分检测参数的标定。

对于在一条皮带上输送的物料不确定的情况,就很难实现不同物料的自动测水,而需要人工根据皮带上物料的变化情况调整水分仪的检测参数,当料种频繁变化时,则难以实现水分的在线检测。

为此,目前在钢铁行业应用的红外水分仪大多只是一台水分仪在线测一种物料,如何实现用一台水分仪自动对多种物料进行在线测量是我们的目标。

在线测水系统的网络结构如图2所示。

图2

两台红外水分仪传入水分管理计算机的信号只是水分仪的吸光度,当前的吸光度应该与哪种物料多大的水分值对应,这就需要软件处理。

软件将从混匀PLC系统传来的卸料车位置信息与预先设置在水分管理计算机上的物料代码进行解析,从而判断当前皮带上输送的是哪种物料;再根据物料种类调取预先标定好的水分计算公式,计算出当前物料的水分值存入数据库,生成各种报表。

由于水分仪本身无法判断皮带上是否有料,为了避免空皮带状态下也进行水分计算,软件会根据上料皮带上安装的电子秤数据进行判断和处理。

当皮带秤显示的流量低于一定值时,停止水分计算。

在计算水分值的同时也进行物料的分段累计,便于分段计算加权平均水分。

水分检测程序主画面如图3所示.

图3

多种物料在线测水功能的实现,为实施干基配料提供了条件,在此基础上我们又自主开发出干基配料模型,从根本上解决了水分波动对匀矿配料的影响。

系统可根据实时测水数据和水分的波动情况,分阶段对每种物料的湿配比及配料圆盘的下料量进行修正,消除水对分配料精度的影响,真正实现了匀矿严格按干基配比进行配料。