CN102841106A - 一种透射式煤炭特性指标在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透射式煤炭特性指标在线检测装置，利用电可控14～17MeV电可控氘氚微型加速器产生的中子，照射到经过传输带上的煤流上，与煤流中的主要核素发生核反应，产生特征伽玛射线，这些特征伽玛射线是独一无二的，就像人的指纹一样，俗称核指纹；利用特殊的传感器，收集这些核信息，利用现代数学分析技术，根据这些特征伽玛射线的性质，就可在线检测煤炭中的全部主要核素，结合中子测水技术，进而分析煤炭中的水分，灰成分以及热值。其特点是不受煤种，以及颗粒大小的影响，可实时在线检测全部煤流中元素成分及工业特性指标。

Description

一种透射式煤炭特性指标在线检测装置

技术领域

本发明属于煤炭成分及特性指标检测技术领域，涉及一种煤炭特性指标检测装置，具体地说，涉及一种透射式煤炭特性指标在线检测装置。

背景技术

目前，在各种测量分析中，核技术已经作为一项常规技术。它有其它分析技术所不具有的很多优点，由于中子不带电，具有极强的穿透能力，尤其是中子与物质发生核反应时，在非常短的时间内(10^-10秒内)发出特征伽玛射线，从而来检测物料的主要成分含量。近年来，基于中子技术的物料成分在线检测装置在水泥、煤、矿石等领域已有比较广泛的应用。但基本都是基于同位素中子源或者散射式14MeV的电可控中子源，同位素中子源不论是否应用，都在发射中子，给维修和使用带来极大的不便，再加上中子源后处理问题以及源材料紧张等因素，其发展越来越受到限制。

同时，水分的准确测量是煤质成分在线检测系统必需的检测手段，本发明利用透射式布置的电可控氘氚中子发生器以及锗酸铋γ探测器和新型涂硼MRPC探测器，实现煤炭中的关键特性指标以及全部主要元素成分的快速在线分析。

由此可见，现有技术中存在以下缺陷，在测量分析中采用的同位素鐦中子源不易安装、维修与使用，源材料紧张，不易获得，难于处理。以及需要增加其它技术(如微波技术)实现煤炭中水分在线检测的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种透射式煤炭特性指标在线检测装置，该装置利用中子技术检测煤炭成分、水分以及工业特性指标，为一种煤炭特性指标在线检测装置，可直接检测煤炭中的硫份、氮份、水分以及主要核素成分含量，同时，间接测量煤炭中灰成分，热值等关键煤炭特性指标。

具体技术方案为：

一种透射式煤炭特性指标在线检测装置，检测装置与煤样的传输皮带安装在一起，检测装置包括电可控氘氚微型加速器、铅反射体、慢化体、含硼聚乙烯防护块、锗酸铋γ探测器、温度控制系统、铅吸收套、碳化硼热中子吸收套、屏蔽防护体、涂硼MRPC热中子探测器、放大器、多道分析器、数据处理系统、工控机与数据显示系统以及远程登录系统，屏蔽防护体设有煤样通道，传输皮带由煤样通道穿过屏蔽防护体，电可控氘氘微型加速器、铅反射体、慢化体、含硼聚乙烯防护块均设置在屏蔽防护体内且位于传输皮带下方，其中电可控氘氚微型加速器放置在铅反射体内部，铅反射体设置在传输皮带下方，慢化体设置在铅反射体与传输皮带之间，锗酸铋探测器、涂硼MRPC热中子探测器、温度控制系统、铅吸收套以及碳化硼热中子探测器均设置在屏蔽防护体内且位于传输皮带上方，温度控制系统安装在锗酸铋探测器的外壳上，锗酸铋探测器与温度控制系统共同设置在铅吸收套中，铅吸收套外面是碳化硼热中子吸收套，锗酸铋探测器与放大器连接，涂硼MRPC热中子探测器与放大器连接，放大器和放大器依次连接多道分析器、数据处理系统、工控机与数据显示系统，温度控制系统的输出连接工控机与数据显示系统，工控机与数据显示系统与远程登录系统通过电话线或者网线连接。

进一步的，锗酸铋探测器外设有碳化硼热中子吸收套，所述碳化硼热中子吸收套由30％的碳化硼与70％高密度聚乙烯聚合而成，厚度为0.5～0.6cm，碳化硼吸收套主要吸收热中子，尽可能地防止热中子进入探测器，形成干扰。

作为优选方式，电可控氘氚微型加速器的靶点垂直于传输带与涂硼MRPC热中子探测器的中心在一条直线上，涂硼MRPC探测器与锗酸铋探测器并列与传输带的中心线，两个探测器的中心的距离为15～16cm，主要作用是防止直穿中子进入锗酸铋探测器与探测器本身的结构材料发生核反应，发出特征γ射线，从而影响测量结果。

所述电可控氘氚微型加速器的中子能量为14～17MeV，电可控氘氚微型加速器周围的铅反射体壁厚为5cm，慢化体由1cm厚的石墨和1.2cm厚的耐磨聚乙烯构成，传输皮带厚度为1.2cm。

本发明的透射式煤炭特性指标在线检测装置，利用电可控氘氘微型加速器产生的中子，照射到经过传输带上的煤流上，与煤流中的主要核素发生核反应，产生特征伽玛射线，这些特征伽玛射线是独一无二的，就像人的指纹一样，俗称核指纹；利用特殊的传感器，收集这些核信息，利用现代数学分析技术，根据这些特征伽玛射线的性质，就可在线检测煤炭中的全部主要核素，结合中子测水技术，进而分析煤炭中的水分，灰成分以及热值。其特点是不受煤种，以及颗粒大小的影响，可实时在线检测全部煤流中元素成分及工业特性指标。装置中，铅反射体用来倍增中子产额，慢化体用来进一步慢化快中子；温度控制系统用来控制锗酸铋探测器的温度，温度控制电路直接安装在工控机与数据显示系统，用以自动控制温度；电可控氘氘微型加速器产生的中子通过慢化体以及传输皮带慢化为热中子，照射到皮带上的煤样上，与煤样中的主要核素发生俘获核反应，产生特征伽玛射线，被皮带下方的锗酸铋探测器采集，从而获取煤样中的关键核素的成分含量。涂硼MRPC热中子探测器主要用来检测有无煤样时的热中子的变化，从而检测煤样中的水分含量。

本发明不受煤种，以及颗粒大小的影响，可实时在线检测全部煤流中的关键工业特性指标，如硫份、氮份、水分、灰成分以及热值。可在线检测煤炭应用部门尤其是火电厂入厂入炉煤的工业特性指标。

本发明利用电可控氘氘微型加速器，替代同位素中子源，所需的氘、氚海水中大量存在，取之不尽。

本发明的有益效果：

1)、本发明利用投射式几何布置，电可控氘氘微型加速器和锗酸铋γ探测器、涂硼MRPC热中子探测器分别位于传输带的上下两侧，锗酸铋γ探测器、涂硼MRPC热中子探测器均位于传输带上方。

2)、本发明为了有效提高中子的利用率，利用铅作为其反射体，电可控氘氘微型加速器的周围用5cm的石墨来反射中子，提高中子的利用率；

3)、本发明电可控氘氘微型中子发生器上面设计了1cm厚的石墨和1.2cm的耐磨高分子聚乙烯作为慢化体，加上1.2cm的传输皮带，电可控氘氘微型中子发生器产生的中子通过慢化体以及传输皮带慢化为热中子，照射到皮带上的煤样上；

4)、本发明利用最高效的锗酸铋探测器来采集核信息(锗酸铋探测器探测效率远高于碘化钠探测器和溴化镧探测器，同时不易潮解，不受中子损伤)；

5)、本发明紧邻锗酸铋探测器设计了一种碳化硼热中子吸收套，用来最大可能地吸收到达探测器的热中子；

6)、本发明设计的几何布置是锗酸铋探测器中心与电可控中子发生器的靶点偏心，偏心距离为15～16cm(既有效地防止中子对探测器的干扰，又能尽可能地接受所测煤样中的特征伽玛射线，这个距离是通过大量的模拟和实验计算而得)。

7)、本发明设计涂硼MRPC热中子探测器与电可控氘氘微型加速器分别位于传输带的上下两侧，涂硼MRPC热中子探测器的中心与电可控氘氚微型加速器的靶点的中心的连线垂直于传输带并穿过传输带的中心线。涂硼MRPC热中子探测器主要用来中子测水，即测量煤炭中的水分。

附图说明

图1为本发明透射式煤炭特性指标在线检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1，本发明透射式煤炭特性指标在线检测装置中，电可控氘氘微型加速器1产生的中子能量为14～17MeV，放置在特殊结构的铅反射体2内，铅反射体2用来倍增中子产额；铅反射体2与传输皮带18之间放置特殊尺寸和结构的慢化体3，用来进一步慢化产生的快中子；电可控氘氘微型中子发生器1放在传输带下方，锗酸铋探测器5和涂硼MRPC热中子探测器与呈透射并偏心布置，探测器中心和中子管靶点沿煤样传输方向的距离为15～16厘米，锗酸铋探测器5外面紧包碳化硼热中子吸收套10，该碳化硼热中子吸收套是由30％的碳化硼与70％高密度聚乙烯聚合而成，碳化硼热中子吸收套外面是一定厚度的铅吸收套9；温度控制系统8直接安装在探测器5的金属外壳，用来控制探测器的温度，控制电路直接安装在工控机与数据显示系统13，用以自动控制温度；屏蔽防护体4设有煤样通道，传输皮带18由煤样通道穿过屏蔽防护体4，电可控氘氘微型中子发生器1产生的中子，通过慢化体3以及传输皮带18慢化为热中子，照射到穿过屏蔽防护11中间的皮带上的煤样上6，与煤样6中的主要核素发生俘获核反应，产生特征伽玛射线，被皮带下方的溴化镧探测器5采集。溴化镧探测器5通过电缆与放大器11连接，放大器11将信号放大成型后通过电缆输入多道分析器13，多道分析器13将采集到的能谱通过电缆输入数据处理系统15，数据处理系统15利用现代数学分析技巧将能谱解析后得到各种主要的元素成分以及工业特性指标，并将这些数据发送到工控机及与数据显示系统16，数据显示系统实时显示煤炭工业特性指标，工控机与数据显示系统16与远程登录系统17通过电话线或者网线连接，利用远程登录系统定期进行远程维护和自检。

本发明的具体实施时，锗酸铋探测器5可以从探测器晶体生产厂商处购买，如：Proteus，Inc.或Saint Gobain，电可控氘氘中子发生器1可与相关研发单位联合攻关(现有的)，放大器自己开发也可购买，多道分析器13直接购买，如堪培拉公司的产品，铅反射体2根据氘氚发生器的性质进行独特的设计，慢化体3由高密度聚乙烯和石墨构成，通过二者复合设计，其慢化效果比较理想，厚度比例为1∶1(总厚度是2.2厘米，靠近中子发生器的是1cm的石墨，石墨上面是1.2cm的高密度聚乙烯)；探测器外部的中子吸收体通过大量的试验和仿真模拟，根据实际情况设计了一种比较理想的配比，利用30％的碳化硼和70％的聚乙烯聚合而成，厚度为0.5～0.6cm；涂硼MRPC中子探测器7可以自主研发或者订制。

本发明的工作过程为：将装置直接安装在传输皮带18上，传输皮带18穿过屏蔽防护体9，电可控氘氚中子发生器1在传输皮带的下方，锗酸铋探测器5和涂硼MRPC热中子探测器均在传输皮带的上方，当传输皮带18输煤信号开始时，启动电可控氘氘中子发生器1产生14～17MeV的中子，利用特殊结构的铅反射体来提高中子的利用率，然后通过石墨加高密度聚乙烯的慢化体和传输皮带后，被充分慢化为慢中子，也就是热中子，慢热中子与传输带上的煤样中的主要核素发生热中子俘获核反应，发出瞬发特征伽玛射线，这些特征伽玛射线是独一无二的，就像人的指纹一样，俗称核指纹，跟核素是一一对应的，这些瞬发特征伽玛射线穿过传输皮带被高性能的锗酸铋探测器5接收，热中子被涂硼MRPC热中子探测器7接收，这些特征伽玛信号被放大器12放大进入多道分析器11采集储存，然后送入数据处理系统14，利用数学分析方法对这些核信息进行解析，最后得到煤炭的主要核素成分，热中子信号被放大器15放大进入计数器19，然后送入数据处理系统14，得到煤炭中的水分利用根据元素，水分与工业特性指标的对应关系，利用自主开发的工业特性分析软件，将元素成分及水分转变成工业特性指标，并通过工控机及显示系统16实时显示现实和定时储存，并将这些数据传输到用户的管理系统和控制系统当中。结合高周波分析技术，进而分析煤炭中的水分，灰成分以及热值。本发明是不受煤种，以及颗粒大小的影响，可实时在线检测全部煤流中关键工业特性指标。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种透射式煤炭特性指标在线检测装置，其特征在于，检测装置与煤样(6)的传输皮带(18)安装在一起，检测装置包括电可控氘氚微型加速器(1)、铅反射体(2)、慢化体(3)、屏蔽防护体(4)、锗酸铋探测器(5)、涂硼MPRC热中子探测器(7)、温度控制系统(8)、铅吸收套(9)、碳化硼吸收套(10)、放大器(11)和(12)、多道分析器(13)、计数器(14)、数据处理系统(15)、工控机与数据显示系统(16)以及远程登录系统(17)，屏蔽防护体(4)设有煤样通道，传输皮带(18)由煤样通道穿过屏蔽防护体(4)，电可控氘氚微型加速器(1)、铅反射体(2)、慢化体(3)均设置在屏蔽防护体(4)内且位于传输皮带(18)下方，其中电可控氘氚微型加速器(1)设置在铅反射体(2)内部，锗酸铋探测器(5)、温度控制系统(8)、铅吸收套(9)、碳化硼吸收套(10)、涂硼MPRC热中子探测器(7)均设置在屏蔽防护体(4)内且位于传输皮带(18)上方，锗酸铋探测器(5)、涂硼MPRC热中子探测器(7)并排设置在传输皮带(18)上方，慢化体(3)设置在铅反射体(2)与传输皮带(18)之间，温度控制系统(8)安装在锗酸铋探测器(5)的外壳上，锗酸铋探测器(5)与温度控制系统(8)共同设置在铅吸收套(9)中，锗酸铋探测器(5)、温度控制系统(8)与铅吸收套(9)共同放置在碳化硼吸收套(10)中，锗酸铋探测器(5)与放大器(11)电连接，放大器(11)依次连接多道分析器(13)、数据处理系统(14)、工控机与数据显示系统(16)，温度控制系统(8)的输出连接工控机与数据显示系统(16)，涂硼MPRC热中子探测器(7)与放大器(12)连接，放大器(12)依次连接计数器(14)、数据处理系统(14)、工控机与数据显示系统(16)，工控机与数据显示系统(16)与远程登录系统(17)通过电话线或者网线连接。

2.根据权利要求1所述的透射式煤炭特性指标在线检测装置，其特征在于，所述锗酸铋探测器(5)外设有碳化硼吸收套(10)和铅吸收套(9)，所述碳化硼吸收套(10)由30％的碳化硼与70％高密度聚乙烯聚合而成，厚度为0.5～0.6cm。

3.根据权利要求1所述的透射式煤炭特性指标在线检测装置，其特征在于，所述电可控氘氚微型加速器(1)的靶点与锗酸铋探测器(5)中心沿皮带方向的距离为15～16cm。

4.根据权利要求1所述的透射式煤炭特性指标在线检测装置，其特征在于，所述电可控氘氚微型加速器(1)的能量为14～17MeV，电可控氘氚微型加速器(1)周围的铅反射体(2)的壁厚为5cm，慢化体(3)由1cm厚的石墨和1.2cm厚的耐磨聚乙烯慢化体(3)的总厚度为2.2cm)，传输皮带(18)厚度为1.2cm。

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