CN201917533U - 一种煤炭成分在线检测装置 - Google Patents

Abstract

一种煤炭成分在线检测装置，与煤样的传输皮带安装在一起，检测装置包括电可控氘氘中子发生器、石墨反射体、慢化体、含硼聚乙烯防护块、溴化镧探测器、温度控制系统、铅吸收套、屏蔽防护体、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，利用电可控2.5MeV氘氘小型中子发生器产生的中子，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，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，进而分析煤炭中的水分，灰成分以及热值。本实用新型不受煤种，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

一种煤炭成分在线检测装置

技术领域

本实用新型属于煤炭成分检测技术领域，涉及核技术，利用中子技术检测煤炭成分，为一种煤炭成分在线检测装置。

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。但都是基于同位素中子源或者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。

14MeV的电可控中子源由于中子能量高，其防护体系很庞大，不论是现场安装还是运输均有很大的不便，再加上氚材料属核控制材料，属低毒性气体，不论是使用还是购买都有一定的难度。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：现有技术在测量分析中采用的同位素鐦中子源和14MeV的氘氚电可控中子发生器不易安装、维修与使用，源材料紧张，不易获得，难于处理。

本实用新型专利的技术方案是：一种煤炭成分在线检测装置，与煤样的传输皮带安装在一起，检测装置包括电可控氘氘中子发生器、石墨反射体、慢化体、含硼聚乙烯防护块、溴化镧探测器、温度控制系统、铅吸收套、屏蔽防护体、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，电可控氘氘中子发生器、石墨反射体、慢化体、含硼聚乙烯防护块、溴化镧探测器、温度控制系统、铅吸收套均设置在屏蔽防护体内且位于传输皮带下方，其中电可控氘氘中子发生器设置在石墨反射体内部，石墨反射体和溴化镧探测器并排设置在传输皮带下方，慢化体设置在石墨反射体与传输皮带之间，石墨反射体和溴化镧探测器之间为含硼聚乙烯防护块，温度控制系统安装在溴化镧探测器的外壳，溴化镧探测器与温度控制系统共同设置在铅吸收套中，溴化镧探测器与放大器电连接，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，溴化镧探测器外设有热中子吸收套，所述热中子吸收套厚度为0.7～0.8cm之间。

作为优选方式，电可控氘氘中子发生器的中子管靶点与溴化镧探测器中心的距离为30～32厘米。

电可控氘氘中子发生器周围的石墨反射体壁厚为4cm，慢化体为1cm厚的耐磨聚乙烯，传输皮带厚度为1.2±0.1cm。

本实用新型的煤炭成分在线检测装置，利用电可控2.5MeV氘氘小型中子发生器产生的中子，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，结合高周波分析技术，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，石墨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溴化镧探测器的温度，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，与煤样中的主要核素发生俘获核反应，产生特征伽玛射线，被皮带下方的溴化镧探测器采集。

本实用新型不受煤种，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，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。

本实用新型利用电可控氘氘中子发生器，替代同位素中子源和电可控14MeV中子源，氘氘中子发生器所需的氘海水中大量存在，取之不尽，再加上氘离子打氘靶，理论上其寿命可以做到非常长。氘氘中子发生器能量为2.5MeV中子，与同位素中子源Cf的平均能量相近，远低于电可控氘氚中子(14MeV)，因此其防护体体重和大小均可大幅度降低。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图示意图。

具体实施方式

本实用新型装置具有以下特点：

1)、本实用新型利用小型电可控氘氘中子发生器，能量为2.5MeV，与同位素中子源Cf的平均能量相近，远低于电可控氘氚中子(14MeV)，因此其防护体体重和大小均可大幅度降低；

2)、本实用新型为了有效提高中子的利用率，利用石墨作为其反射体，中子发生器的中子管周围用4cm的石墨来反射中子，提高中子的利用率；

3)、本实用新型中子发生器上面设计了1cm的耐磨聚乙烯作为慢化体，加上厚度1.2±0.1cm的传输皮带，电可控氘氘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)、本实用新型利用最先进的溴化镧探测器来采集核信息，溴化镧探测器分辨率远高于BGO探测器和碘化钠探测器，探测效率介于这两者之间，同时不易潮解，不受中子损伤；

5)、本实用新型紧邻溴化镧探测器设计了一种热中子吸收套，用来最大可能地吸收到达探测器的热中子；

6)、本实用新型设计的几何布置是溴化镧探测器中心与电可控中子发生器的靶点距离为30～32cm，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)、本实用新型综合利用了同位素源和电可控氘氚中子发生器的优点，克服了同位素中子源的检修不便和后处理问题，以及氘氚中子发生器的庞大防护体问题。由于电可控氘氘微型中子发生器，使用时通电才发射中子，不使用是断电就不发射中子，在维修时，断电即可，没有任何放射性，再加上氘氘微型中子发生器本身没有任何放射性，等寿命结束后，没有任何放射性废物。而同位素放射源由于时时刻刻都发出中子，等寿命结束后还存在大量的剩余活性，因而检修不便，使用寿命结束后，还需花费不少费用返回原单位进行后处理。由于氘氚中子发生器发射的中子能量(14MeV)远高于氘氘中子发生器(2.5MeV)，为了有效慢化和吸收，需要更多的重金属和富含氢材料进行慢化和吸收；由于而氘氘发生器的能量2.5MeV跟同位素中子源锎的平均能量相近，因而防护体更为轻巧。综上所述，利用氘氘发生器既克服了克服了同位素中子源的检修不便和后处理问题，以及氘氚中子发生器的庞大防护体问题；

8)、本实用新型可实时在线检测传输带上煤质成分，由于其独特的设计和优点，包括中子发生器与探测器间的距离、利用了氘氘中子发生器、利用了石墨反射体、利用溴化镧探测器采集伽玛能谱、热中子吸收套等，有效地提高了元素成分的测量精度和可靠性。

下面结合附图和实施对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示。本实用新型装置中电可控小型氘氘中子发生器1能量为2.5MeV，放置在特殊结构的石墨反射体2内，石墨反射体2用来倍增中子产额；石墨反射体2与传输皮带16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；溴化镧探测器5与电可控小型氘氘中子发生器1均放在皮带下方，呈散射布置，电可控小型氘氘中子发生器1和溴化镧探测器5沿着煤样的传输方向，电可控小型氘氘中子发生器1在前，溴化镧探测器5在后，中间是含硼聚乙烯块4，含硼聚乙烯块4起慢化和吸收中子的作用；探测器中心和中子管靶点的距离为30～32厘米，溴化镧探测器5外面紧包热中子吸收套6，该热中子吸收套6是由20％的氢化锂与80％高密度聚乙烯聚合而成，厚度为0.7～0.8cm之间，热中子吸收套外面6是一定厚度的铅吸收套8，实现防护；温度控制系统7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9设有煤样通道，传输皮带16由煤样通道穿过屏蔽防护体9，电可控小型氘氘中子发生器1产生的中子，通过慢化体3以及传输皮带16慢化为热中子，照射到穿过屏蔽防护体9中间的皮带上的煤样上15，与煤样15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10连接，放大器10将信号放大成型后通过电缆输入多道分析器11，多道分析器11将采集到的能谱通过电缆输入数据处理系统12，数据处理系统12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13，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13与远程登录系统14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。

本实用新型的具体实施时，溴化镧探测器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，现有技术即可以实现，放大器10自己开发也可购买，多道分析器11直接购买，如堪培拉公司的产品，石墨反射体2根据氘氘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厘米，靠近中子发生器的是1cm的石墨，石墨上面是1cm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20％的氢化锂和80％的聚乙烯聚合而成，厚度为0.7～0.8cm。

本实用新型的工作过程为：将装置直接安装在传输皮带16上，传输皮带16穿过屏蔽防护体9，电可控氘氘中子发生器1与溴化镧探测器5均在传输皮带的下方，当传输皮带16输煤信号开始时，启动电可控氘氘中子发生器1产生2.5MeV的中子，利用特殊结构的石墨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溴化镧探测器5接受，这些特征伽玛信号被放大器10放大进入多道分析器11采集储存，然后送入数据处理系统12，利用数学分析方法对这些核信息进行解析，这里的数学分析方法为现有技术，不再详述。最后得到煤炭的主要核素成分，根据元素与工业特性指标的对应关系，利用工业特性分析软件，将元素成分转变成工业特性指标，并通过工控机及显示系统13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。本实用新型不受煤种，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。

Claims (5)

1.一种煤炭成分在线检测装置，其特征是与煤样(15)的传输皮带(16)安装在一起，检测装置包括电可控氘氘中子发生器(1)、石墨反射体(2)、慢化体(3)、含硼聚乙烯防护块(4)、溴化镧探测器(5)、温度控制系统(7)、铅吸收套(8)、屏蔽防护体(9)、放大器(10)、多道分析器(11)、数据处理系统(12)、工控机与数据显示系统(13)以及远程登录系统(14)，屏蔽防护体(9)设有煤样通道，传输皮带(16)由煤样通道穿过屏蔽防护体(9)，电可控氘氘中子发生器(1)、石墨反射体(2)、慢化体(3)、含硼聚乙烯防护块(4)、溴化镧探测器(5)、温度控制系统(7)、铅吸收套(8)均设置在屏蔽防护体(9)内且位于传输皮带(16)下方，其中电可控氘氘中子发生器(1)设置在石墨反射体(2)内部，石墨反射体(2)和溴化镧探测器(5)并排设置在传输皮带(16)下方，慢化体(3)设置在石墨反射体(2)与传输皮带(16)之间，石墨反射体(2)和溴化镧探测器(5)之间为含硼聚乙烯防护块(4)，温度控制系统(7)安装在溴化镧探测器(5)的外壳上，溴化镧探测器(5)与温度控制系统(7)共同设置在铅吸收套(8)中，溴化镧探测器(5)与放大器(10)电连接，放大器(10)依次连接多道分析器(11)、数据处理系统(12)、工控机与数据显示系统(13)，温度控制系统(7)的输出连接工控机与数据显示系统(13)，工控机与数据显示系统(13)与远程登录系统(14)通过电话线或者网线连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭成分在线检测装置，其特征是溴化镧探测器(5)外设有热中子吸收套(6)，所述热中子吸收套(6)厚度为0.7～0.8cm之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤炭成分在线检测装置，其特征是电可控氘氘中子发生器(1)的中子管靶点与溴化镧探测器(5)中心的距离为30～32cm。

4.根据权利要求1或2所述的一种煤炭成分在线检测装置，其特征是电可控氘氘中子发生器(1)周围的石墨反射体(2)壁厚为4cm，慢化体(3)为1cm厚的耐磨聚乙烯，传输皮带(16)厚度为1.2±0.1cm。

5.根据权利要求3所述的一种煤炭成分在线检测装置，其特征是电可控氘氘中子发生器(1)周围的石墨反射体(2)壁厚为4cm，慢化体(3)为1cm厚的耐磨聚乙烯，传输皮带(16)厚度为1.2±0.1cm。

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