在線煤質分析儀應用于煤炭業已有20多年的歷史，其穩定的銷量足以證明其價值。在線分 析儀通過提供實時信息為煤廠各煤種的質量控制和生產管理提供了極大的幫助， 如果依賴化驗室，這些數據只能在采樣后的數小時甚至數天后才能得到。

 近年來， 隨著經濟下滑，生產優化和料堆控制變得尤為重要。煤炭業的持續下滑導致該行業重新關注 煤炭質量管理，從而提高客戶滿意度最終增加煤炭銷量。同時也提高礦區資源的有效利用， 使原先認為煤質不達標的資源可以有選擇地開采。為達到上述目的，煤炭生產商和煤炭用戶 開始尋找更為經濟且仍然高精度煤質分析儀。隨著人們對環境的日益關注，特別是對硫釋放的關注導致法律對污染控制更加嚴格。 新近設計的皮帶在線中子活化煤質分析儀（PGNAA）恰好可以滿足上述要求。

　　1　在線煤質分析技術與設備
　　1.1　 雙能量伽瑪傳輸技術（DUET）
　　DUET儀器自20世紀80年代早期上市以來，已成為在線煤質監測設備家族中的重要一員。 該設備價格相對低廉，安裝便捷，可以直接在皮帶上進行在線煤質分析，只要是分析固定煤 種，DUET分析儀測定煤質灰分就可以達到相當的精度。它利用兩個γ射線源貫穿煤層而測量 灰分。對給定的煤種，該設備的測定精度為：一個標準偏差下0.5%～1%。該設備的主要缺點 是其標定與煤種有關，特別是在灰中的鐵和鈣元素變動很大的情況下。
　　該設備的用途包括：監測運送到選煤廠的原煤；監測洗凈的精煤；給選煤廠提供反饋信息； 通過混煤優化資源利用，使之達到一定的質量目標；監測送往用戶的煤質是否達到合同要求 的質量。
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　　1.2 　自然伽瑪射線技術
　　另一種廣泛使用的簡單的分析儀能夠測定煤中的自然放射性大小，并將其與灰分聯系起來。 這種煤質分析儀不需要放射源，對影響DUET系統的鐵和鈣元素的變化不敏感。

　　然而，作為一種“被動”的系統，該分析儀的精度大約只為1%～2%，其理想應用是測量厚煤 層的灰分，例如原煤輸送機或選煤廠入料輸送機上的煤質，在煤層很厚時，這仍然是測定灰 分的唯一技術。然而，該分析儀同樣與煤種有關，因為它依賴與灰分相關的自然伽瑪放射素 的存在（如鉀）。
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　　1.3　快速伽瑪中子活化分析技術（PGNAA）
　　為滿足市場上對具有高精度卻與煤種無關的灰分儀的需求，上世紀80年代中期開發了首 臺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 煤的質量控制。除了測定人們通常感興趣的灰分，水分，發熱量以外，還可以測定灰分中的 硫分，美國清潔空氣法案要求電廠對 SO2的排放進行控制，該分析儀也可以測定對鍋爐結 焦有影響的Na和Cl。

　　這種旁線分析儀需要采樣設備把煤從皮帶上采初樣。煤樣通過垂直溜槽進行中子照射分析 。在幾分之一秒的時間內，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。 。該技術與煤種無關，所以很有吸引力。

　　元素分析通過計算組合，可以得出灰分，發熱量和揮發分。該分析儀對灰分的分析精度0.25 %～0.4%。
　　該分析儀本身價值數十萬美金，而且配套的采樣和傳輸系統也價格不菲，這就限制了分析儀 的廣泛使用。

　　2　 PGNAA皮帶在線分析儀的應用
　　直到最近，把PGNAA直接用于在線測量輸送機上的煤質測試才獲得成功。實驗結果雖不能達 到通常旁線PGNAA分析儀低于0.4%的精度，但使得系統成本大為降低。理論計算表明，溜槽 通過式的PGNAA分析儀不存在皮帶在線分析時受到煤層厚度變化和煤質垂直方向分布不均勻 的問題。

　　與PGNAA旁線分析儀相比，PGNAA在線分析儀的優勢體現在該設備不需要安裝采樣樓，可以直 接放在主皮帶上使用。因此，大大節省了采樣和傳輸設備的安裝和維護成本。除此之外，也 避免了采樣偏差，因為在線分析儀是對整個煤流進行分析。

　　除了煤層很厚的現場之外，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，工廠試驗已經證明了其準確 測定煤質的能力。由于該設備能夠準確、實時地分析灰分、水分、硫分、發熱量、灰分中的 氧化物和其他參數，能進行更好的配煤和選煤。因此，降低了工廠的生產成本。分析結果可 以實現每兩分鐘更新一次，便于工廠相應進行快速調節。

　　3　 皮帶在線分析儀的發展
　　3.1　 工廠測試
　　以PGNAA旁線分析儀的技術為基礎，加上經濟、可靠和高速的現成的電腦處理芯片，克服了 早期PGNAA在線分析儀遇到的困難。工廠測試首次表明可以對輸送機上煤質成分的變化進行 修正補償，基于此結果，就可以進行分析儀的現場試驗了。　
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　　3.2　 現場試驗
　　2000年3月，Scantech公司在澳大利亞昆士蘭州進行了COALSCAN9500X型PGNAA在線分析儀的 商業化現場試驗。在現場，卡車把煤運到料倉中，然后三級破碎機把煤加工成最大粒度為90 mm。分析儀安裝在破碎機之后的1050mm寬的輸送機上，把煤送入1000t的料倉。皮帶上煤 層 在厚度100～400mm之間變動。分析儀后面裝有皮帶刮掃式自動采樣系統，煤可以直接從緩 沖倉裝到火車上或者地面運輸至電廠，電廠的自動采樣系統測定每個班的結果，并與分析 儀的分析結果相比較以進行核實，這是PGNAA分析儀的典型應用。

　　通過動態采樣可以檢驗儀器在工廠里按靜態煤樣所作的標定是否準確。將所有的動態采樣均 按雙倍收集以評估采樣誤差，化驗室的誤差，以及分析儀誤差。當年進行了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 收集10份雙倍樣本，送到兩個權威化驗室進行分析。因此每一樣本會有三個結果（分別來自 化驗室1、化驗室2和分析儀）。由于一些外部因素的影響，每次收集的樣本數量比預定的30 個（10×3）要少。
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　　3.3　 現場試驗的結果
　　每個樣本均在PGNAA分析儀后的某一位置由皮帶刮掃雙倍收取，奇數樣本送往化驗室1，偶數 樣本送往化驗室2，每90秒采樣一次，根據選煤廠的工作狀況，樣本在1～3小時內采完，每 次采樣均依照ASTM標準。
　　盡管該試驗原先并不研究采樣和化驗室的精度，但任何一項新技術都必須與現有的方法進行 比較，再來討論彼此之間有哪些不同。兩個樣本分析結果的不同使檢驗分析儀標定結果變得 更加不確定。樣本按照GRUBBSESTIMATOR方法進行評估。

　　雙倍收集樣本提供了公平、獨立地評估化驗室和分析儀的誤差手段。事 實上，由于試驗中動態樣本的收集特別仔細和嚴格，化驗室結果的準確性很可能優于日常進 行的傳統化驗結果。我們預見分析結果會有發散分布，但是7月份兩組化驗室結果的靈敏性 不同，8月份出現了偏移誤差。化驗室結果的不可靠性增加了需要用現場數據標定分 析儀的困難，兩組化驗室灰分結果的標準偏差是1.02%。如果這一結果是在線分析儀和 化驗結果的偏差，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方法可以單獨估算分析儀精度以及每一個化驗室的精度。表1匯總了這些估 算精度，分析儀的估算精度高于化驗室的估算精度。

　　數據中有明顯的偏離點，因此在舍棄了這些偏離點數據后對估算精度重新進行了計算。舍棄 這些數據采用兩級步驟，即分別對35個樣本，32個樣本以及全部36個樣本進行了評估。分析 儀的灰分估算精度達到了0.25%，對適當標定的PGNAA分析。