水煤浆激光粒度仪的原理与应用

第33卷第2期煤炭科学技术2005年2月水煤浆激光粒度仪的原理与应用段清兵2,汪广田2,何国锋,董青云3,王国房2,贾传凯业大学(北京),北京100083;2.国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013;3.百特仪器有限公司,辽宁丹东118002)摘要∶水煤浆的粒度分布关系到水煤浆的粘度,同时也直接影响水煤浆的流变性、稳定性及雾化燃烧特性。根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象,结合水煤浆的粒度分布特性,硏制了水煤浆专用激光粒度仪,并介绍了该仪器的特点和应用情况。关键词:水煤浆;激光粒度仪;粒度分布特性中图分类号:TH744.5文献标识码:B文章编号:0253-2336(2005)02-0074-03Principle and application of laser particle meter for coal water mixtureDUAN Qing-bing, WANG Guang-tian, HE Guo-feng, DONG Qing-yun, WANG Guo-fang, JIA Chuan-kai(l. Beying Campus, China University of Mining and Technology, Beying 100083, China2. National Coal watre Engineering and Technology Research Center, Beiing 100013, China3. Beite Instrument Company Ltd. Dandong 118002, China水煤浆的粒度分布,通常又称其为粒度级配的散射光的强度,即可以得到样品的粒度分布。分布,它关系到水煤浆的粘度,同时也直接影响水煤浆的流变性、稳定性及雾化燃烧特性。激光粒度仪作为一种新型的粒度测试仪器,已经在其它粉体加工与应用领域得到广泛的应用。它的特点是测试速度快、重复性好、准确性好、操作简便。根据水图1不同粒径的颗粒产生不同角度的散射光煤浆浓度大、粒度分布宽、颗粒对光的吸收特性强的特殊情况,国家水煤浆工程技术研究中心与百特为测量不同角度上的散射光的光强,需要运用仪器有限公司合作,成功地研制出国内第一台水煤光学手段对散射光进行处理。在光束中的适当位置浆专用的BT-2002型激光粒度仪,这对提高水煤上放置一个富氏透镜,在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器,不同角度的散射光通过浆产品质量、降低能源消耗有着重要的意义。富氏透镜照射到多元光电探测器上时,光信号将被1激光粒度仪的原理转换成电信号并传输到电脑中,通过对这些信号进激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一行处理,就准确地得到粒度分布,如图2所示。物理现象测试粒度分布的,由于激光具有很好的单色性和极强的方向性,所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方,并且在传播过程中很少有发散的现象。米氏散射理论表明,当光束遇到颗粒阻挡时,一部分光将发生散射现象,散射图2激光粒度仪原理示意光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角。夹角的大小与颗粒的大小有关,颗粒越大,产2水煤激光度心的构造及特点生的散射光的夹角就越小;颗粒越小,产生的散射中国煤化工光的夹角就越大。即小角度(B0)的散射光是由2.CNMHGO大颗粒引起的;大角度(θ1)的散射光是由小颗BT-202型激光粒度仪包括样品制备系统、粒引起的,如图1所示。进一步研究表明,散射光光学测定与信号转换系统和计算机系统,如图3所的强度代表该粒径颗粒的数量。测量不同角度上的示。通过样品制备系统与光学测定装置获得颗粒粒74第33卷第2期煤炭科学技术2005年2月径的光散射信号,将这些信号传输到计算机中进行单步调节精度仅10μm。实现在电脑控制下自动完处理,从而得到水煤浆粒度分布结果。成多元光电探测器阵列中心与光束焦点的精确定位,使系统始终处于最佳状态,进一步提高了仪器的测量精度与准确性。样品池3)采用大容量大流量蠕动循环分散系统集样品稀释、超声波分散、电动搅拌、蠕动循环排放清洗等功能于一体;由不锈钢与硅橡胶管组成蠕动循环泵的循环管路,耐腐蚀,免维护;独特设计的蠕动泵排放口使样品仅在密闭的管路里循环流动,不与外部任何图3BT-2002激光粒度分布仪示意物体接触,决不污染、破坏样品。(4)采用先进的成型工艺,结构紧凑合理2.2水煤浆激光粒度仪的特点外形美观大方,使用维护方便;采用最新的抗干扰(1)采用进口大功率半导体激光器,单色性技术,使仪器的电气稳定性更好,故障率更低好,寿命长。由特殊设计的大口径长焦距富氏透镜等组成的精密光学准值系统,配合多达76通道多3水煤浆激光粒度仪的应用元光电接收器阵列,使测量范围达到0.68~951为检验该仪器的综合性能指标,使用该仪器测完全适合水煤浆的粒度检测与控制。定了HB2002-1水煤浆粒度标准物质,其累积分2)采用精密三维自动对焦系统与控制软件,布的标准值、不确定度见表1。表1HB2002-1水煤浆粒度标准物质累积分布的标准值、不确定度粒径不确定度/±5.3±11.0±20.5重复性误差/%12.0±9.6±5.3±6.9±8.4注:D3、Do….表示样品体积含量为3%、10%…时的粒径,以下表同3.1试验过程将由分散剂焦磷酸钠和介质蒸馏水按0.3%比标准偏差)例配制约300mL溶液加到循环泵样品池中,为保证取样的代表性,在取标准物样品前先将样品混合重复性误差δ100%均匀,然后用样勺多点取样,共约0.5g,放入样式中x—试验结果平均值品池中。打开搅拌器和超声波分散器对样品进行搅x—每次试验测量结果拌分散约3~5min进行测试。其中,配制悬浮液n——试验测量次数的关键是悬浮液的光学浓度(遮光率)应在50%利用上述公式,对试验结果进行了数据分析,100%,悬浮液的光学浓度太大或太小对测试都表3。对10次测试结果(表2)以体积累积含量是不利的。为横坐标,以粒径为纵坐标做曲线,如图4所示。3.2测试结果及数据分析3.3试验结论按照上述试验操作步骤分别进行了10次水煤中国煤化工粒度标准物质累积分浆粒度标准物质的测试,测试结果见表2。布的CNMHG参考标准,比较表1由数理统计学可知,试验结果的算术平均值为和表3,及从曲线示意图4可以得出:①通过表3的各个粒径的算术平均值和表1对比,可以得出该仪器的测量结果完全符合要求,亦即测试结果的准75第33卷第2期煤炭科学技术2005年2月确性符合规定要求∶②该仪器在粒度较细时的标要求;④大于300μm的物料占水煤浆中干煤的含准偏差和重复性误差相对较小,随着粒度的增大量W。m,>m<0.5%,该仪器的测量上限高达951标准偏差和重复性误差相应的变大,但是该仪器的m,并且最大的重复性误差小于4%,也完全满重复性误差小于4%,完全符合要求;③一般而足实际测量要求。言,小于75μm的物料占水煤浆中干煤的含量综上所述,该仪器测试结果的精确性完全好于Wa75.0%,该仪器在测量样品粒径小于75标准物所要求的范围,而且重复性误差小于4%,μm时的重复性误差小于2%,完全满足实际测量可以满足不同要求。表2BT-2002水煤浆激光粒度仪测试结果光学浓度粒径/μm试验次数D54.38.1076.54104.50135.60210.4078.50105,40136.40206.809.6515.7037.9090108.10134.709.6915.8038.0079.10106.90135.10210.2057.1208.00129.506.1715.2037.9077.00107.50131.206.409.4053.6616.0037.5080.45101.60134.40209.506.30100.9007.5054.319,5816.6038.10103.80132,80表3BT-2002水煤浆激光粒度仪测试结果分析项目DD算术平均值9,588,40105.15133.9811.59标准偏差/um0.120.230.410.53重复性误差/%2.591.382.42该仪器自研制成功以来,已经为辽宁、山东、日200山西、云南、黑龙江、北京等多家水煤浆企业和科研单位选用,受到广泛好评,产生了良好的社会效益和经济效益02040参考文献累积百分含量/%[I]张荣曾.水煤浆制备技术[M]北京:科学技术出版社图4BT-2002水煤浆激光粒度仪测试结果曲线比较[2]杨金和,陈文敏.煤质化验手册[M]北京:煤炭工业出4结语版社,2003BT-2002型激光粒度仪的研制成功,结束了中国煤化工山东泰安人,现为中国矿水煤浆粒度测试仪器长期依赖进口的历史,从此国CNMH业大事水煤浆工程和技术研究工内水煤浆用户可以用上性能优良、价格低廉、服务作。Tel:010-84263640,E-mil: duangbing@及时、零配件供应充足的激光粒度仪,其综合性能指标达到了国外同类仪器的先进水平收稿日期:2004-11-10;责任编辑:刘军娥