第33卷第2期煤炭科學(xué)技術(shù)2005年2月水煤漿激光粒度儀的原理與應(yīng)用段清兵2,汪廣田2,何國鋒,董青云3,王國房2,賈傳凱業(yè)大學(xué)(北京),北京100083;2.國家水煤漿工程技術(shù)研究中心,北京100013;3.百特儀器有限公司,遼寧丹東118002)摘要∶水煤漿的粒度分布關(guān)系到水煤漿的粘度,同時(shí)也直接影響水煤漿的流變性、穩(wěn)定性及霧化燃燒特性。根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象,結(jié)合水煤漿的粒度分布特性,硏制了水煤漿專用激光粒度儀,并介紹了該儀器的特點(diǎn)和應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞:水煤漿;激光粒度儀;粒度分布特性中圖分類號:TH744.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號: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水煤漿的粒度分布,通常又稱其為粒度級配的散射光的強(qiáng)度,即可以得到樣品的粒度分布。分布,它關(guān)系到水煤漿的粘度,同時(shí)也直接影響水煤漿的流變性、穩(wěn)定性及霧化燃燒特性。激光粒度儀作為一種新型的粒度測試儀器,已經(jīng)在其它粉體加工與應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是測試速度快、重復(fù)性好、準(zhǔn)確性好、操作簡便。根據(jù)水圖1不同粒徑的顆粒產(chǎn)生不同角度的散射光煤漿濃度大、粒度分布寬、顆粒對光的吸收特性強(qiáng)的特殊情況,國家水煤漿工程技術(shù)研究中心與百特為測量不同角度上的散射光的光強(qiáng),需要運(yùn)用儀器有限公司合作,成功地研制出國內(nèi)第一臺水煤光學(xué)手段對散射光進(jìn)行處理。在光束中的適當(dāng)位置漿專用的BT-2002型激光粒度儀,這對提高水煤上放置一個(gè)富氏透鏡,在該富氏透鏡的后焦平面上放置一組多元光電探測器,不同角度的散射光通過漿產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗有著重要的意義。富氏透鏡照射到多元光電探測器上時(shí),光信號將被1激光粒度儀的原理轉(zhuǎn)換成電信號并傳輸?shù)诫娔X中,通過對這些信號進(jìn)激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一行處理,就準(zhǔn)確地得到粒度分布,如圖2所示。物理現(xiàn)象測試粒度分布的,由于激光具有很好的單色性和極強(qiáng)的方向性,所以在沒有阻礙的無限空間中激光將會照射到無窮遠(yuǎn)的地方,并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。米氏散射理論表明,當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時(shí),一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象,散射圖2激光粒度儀原理示意光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個(gè)夾角。夾角的大小與顆粒的大小有關(guān),顆粒越大,產(chǎn)2水煤激光度心的構(gòu)造及特點(diǎn)生的散射光的夾角就越小;顆粒越小,產(chǎn)生的散射中國煤化工光的夾角就越大。即小角度(B0)的散射光是由2.CNMHGO大顆粒引起的;大角度(θ1)的散射光是由小顆BT-202型激光粒度儀包括樣品制備系統(tǒng)、粒引起的,如圖1所示。進(jìn)一步研究表明,散射光光學(xué)測定與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng),如圖3所的強(qiáng)度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。測量不同角度上的示。通過樣品制備系統(tǒng)與光學(xué)測定裝置獲得顆粒粒74第33卷第2期煤炭科學(xué)技術(shù)2005年2月徑的光散射信號,將這些信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行單步調(diào)節(jié)精度僅10μm。實(shí)現(xiàn)在電腦控制下自動完處理,從而得到水煤漿粒度分布結(jié)果。成多元光電探測器陣列中心與光束焦點(diǎn)的精確定位,使系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài),進(jìn)一步提高了儀器的測量精度與準(zhǔn)確性。樣品池3)采用大容量大流量蠕動循環(huán)分散系統(tǒng)集樣品稀釋、超聲波分散、電動攪拌、蠕動循環(huán)排放清洗等功能于一體;由不銹鋼與硅橡膠管組成蠕動循環(huán)泵的循環(huán)管路,耐腐蝕,免維護(hù);獨(dú)特設(shè)計(jì)的蠕動泵排放口使樣品僅在密閉的管路里循環(huán)流動,不與外部任何圖3BT-2002激光粒度分布儀示意物體接觸,決不污染、破壞樣品。(4)采用先進(jìn)的成型工藝,結(jié)構(gòu)緊湊合理2.2水煤漿激光粒度儀的特點(diǎn)外形美觀大方,使用維護(hù)方便;采用最新的抗干擾(1)采用進(jìn)口大功率半導(dǎo)體激光器,單色性技術(shù),使儀器的電氣穩(wěn)定性更好,故障率更低好,壽命長。由特殊設(shè)計(jì)的大口徑長焦距富氏透鏡等組成的精密光學(xué)準(zhǔn)值系統(tǒng),配合多達(dá)76通道多3水煤漿激光粒度儀的應(yīng)用元光電接收器陣列,使測量范圍達(dá)到0.68~951為檢驗(yàn)該儀器的綜合性能指標(biāo),使用該儀器測完全適合水煤漿的粒度檢測與控制。定了HB2002-1水煤漿粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),其累積分2)采用精密三維自動對焦系統(tǒng)與控制軟件,布的標(biāo)準(zhǔn)值、不確定度見表1。表1HB2002-1水煤漿粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)累積分布的標(biāo)準(zhǔn)值、不確定度粒徑不確定度/±5.3±11.0±20.5重復(fù)性誤差/%12.0±9.6±5.3±6.9±8.4注:D3、Do….表示樣品體積含量為3%、10%…時(shí)的粒徑,以下表同3.1試驗(yàn)過程將由分散劑焦磷酸鈉和介質(zhì)蒸餾水按0.3%比標(biāo)準(zhǔn)偏差)例配制約300mL溶液加到循環(huán)泵樣品池中,為保證取樣的代表性,在取標(biāo)準(zhǔn)物樣品前先將樣品混合重復(fù)性誤差δ100%均勻,然后用樣勺多點(diǎn)取樣,共約0.5g,放入樣式中x—試驗(yàn)結(jié)果平均值品池中。打開攪拌器和超聲波分散器對樣品進(jìn)行攪x—每次試驗(yàn)測量結(jié)果拌分散約3~5min進(jìn)行測試。其中,配制懸浮液n——試驗(yàn)測量次數(shù)的關(guān)鍵是懸浮液的光學(xué)濃度(遮光率)應(yīng)在50%利用上述公式,對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析,100%,懸浮液的光學(xué)濃度太大或太小對測試都表3。對10次測試結(jié)果(表2)以體積累積含量是不利的。為橫坐標(biāo),以粒徑為縱坐標(biāo)做曲線,如圖4所示。3.2測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析3.3試驗(yàn)結(jié)論按照上述試驗(yàn)操作步驟分別進(jìn)行了10次水煤中國煤化工粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)累積分漿粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試,測試結(jié)果見表2。布的CNMHG參考標(biāo)準(zhǔn),比較表1由數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)可知,試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值為和表3,及從曲線示意圖4可以得出:①通過表3的各個(gè)粒徑的算術(shù)平均值和表1對比,可以得出該儀器的測量結(jié)果完全符合要求,亦即測試結(jié)果的準(zhǔn)75第33卷第2期煤炭科學(xué)技術(shù)2005年2月確性符合規(guī)定要求∶②該儀器在粒度較細(xì)時(shí)的標(biāo)要求;④大于300μm的物料占水煤漿中干煤的含準(zhǔn)偏差和重復(fù)性誤差相對較小,隨著粒度的增大量W。m,>m<0.5%,該儀器的測量上限高達(dá)951標(biāo)準(zhǔn)偏差和重復(fù)性誤差相應(yīng)的變大,但是該儀器的m,并且最大的重復(fù)性誤差小于4%,也完全滿重復(fù)性誤差小于4%,完全符合要求;③一般而足實(shí)際測量要求。言,小于75μm的物料占水煤漿中干煤的含量綜上所述,該儀器測試結(jié)果的精確性完全好于Wa75.0%,該儀器在測量樣品粒徑小于75標(biāo)準(zhǔn)物所要求的范圍,而且重復(fù)性誤差小于4%,μm時(shí)的重復(fù)性誤差小于2%,完全滿足實(shí)際測量可以滿足不同要求。表2BT-2002水煤漿激光粒度儀測試結(jié)果光學(xué)濃度粒徑/μm試驗(yàn)次數(shù)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水煤漿激光粒度儀測試結(jié)果分析項(xiàng)目DD算術(shù)平均值9,588,40105.15133.9811.59標(biāo)準(zhǔn)偏差/um0.120.230.410.53重復(fù)性誤差/%2.591.382.42該儀器自研制成功以來,已經(jīng)為遼寧、山東、日200山西、云南、黑龍江、北京等多家水煤漿企業(yè)和科研單位選用,受到廣泛好評,產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益02040參考文獻(xiàn)累積百分含量/%[I]張榮曾.水煤漿制備技術(shù)[M]北京:科學(xué)技術(shù)出版社圖4BT-2002水煤漿激光粒度儀測試結(jié)果曲線比較[2]楊金和,陳文敏.煤質(zhì)化驗(yàn)手冊[M]北京:煤炭工業(yè)出4結(jié)語版社,2003BT-2002型激光粒度儀的研制成功,結(jié)束了中國煤化工山東泰安人,現(xiàn)為中國礦水煤漿粒度測試儀器長期依賴進(jìn)口的歷史,從此國CNMH業(yè)大事水煤漿工程和技術(shù)研究工內(nèi)水煤漿用戶可以用上性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、服務(wù)作。Tel:010-84263640,E-mil: duangbing@及時(shí)、零配件供應(yīng)充足的激光粒度儀,其綜合性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類儀器的先進(jìn)水平收稿日期:2004-11-10;責(zé)任編輯:劉軍娥