CN210487655U - 一种无源离线灰分测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无源离线灰分测量装置，属于煤炭灰分测量设备领域，包括测量组件、以及用于屏蔽电离辐射的密封屏蔽铅室，其特征在于，所述测量组件和密封屏蔽铅室均容置在壳体内，所述密封屏蔽铅室内设有用于放置煤炭的采样盒；还包括设置在所述壳体上的用于对所述测量组件供电的供电系统。本实用新型将测量组件和密封屏蔽铅室设置在一个可以移动的壳体内，使用时无需安装在输煤皮带上方进行在线检测，直接将煤炭样品放置在采样盒内即可进行离线检测，另外，通过供电系统进行供电，实现无源检测，可以在任意场所对待测煤炭进行采样检测。

Description

一种无源离线灰分测量装置

技术领域

本实用新型属于煤炭灰分测量设备领域，具体涉及一种无源离线灰分测量装置。

背景技术

煤灰分是煤在一定温度下充分燃烧后，剩余部分的百分重量，煤灰分与煤的发热量密切相关，是煤质评定和销售定价的主要依据之一。焦碳中灰分每升高1％，将导致炼铁时焦比增加2％-2.5％，高炉单产降低2.5％-3％，炉渣增加2.7％-2.9％。

目前，煤灰分的测量方法主要有马弗炉灼烧法和双能γ射线吸收法，常规的灼烧测灰方法化验周期长、时效性差，灰分值测量最快也需要120-135min，因此不能满足入厂煤和煤矿选煤等实时、快速的基本要求。双能γ射线吸收法采用两个同位素放射源Am241和Cs137分别发出的低能和中能γ射线照射皮带上的煤炭，然后在皮带的另一侧，接收透过煤炭后的射线。由于煤炭中的不同物质对该两种能量的射线的吸收效率不同，特别是煤炭中的重元素对Am241发出的低能γ射线的吸收效率要远大于煤炭中的其他轻元素，因此可以根据比较两种射线透射煤炭前、后的强度变化，分析得到煤炭的灰分值。但是，双能γ射线吸收法存在放射源的安全性差，一旦丢失或泄露放射源，会对环境或人身造成较大危害；另外双能γ射线吸收法的灰分测量精度易受煤层厚度变化(流量变化)、堆积形状变化以及环境温度湿度变化的影响，越来越不能满足诸如火电厂、洗煤厂、焦化厂、冶金等对煤的灰分的测量精度要求。

为了解决上述技术问题，本申请人的在先申请(CN201510026431.X)中公开了一种无源煤炭灰分的在线测量装置及其方法，采用低噪声探测器即光电倍增管和数字信号处理器构成测量组件，通过煤炭自身的天然射线发射进行灰分测量，但是由于该装置仅限于安装在输煤皮带上方进行在线检测，无法灵活运用于诸如化验室、煤堆、坑口等不具备皮带输送条件的场合，导致使用受限。

实用新型内容

基于上述背景问题，本实用新型旨在提供一种无源离线灰分测量装置，解决了现有技术中的产品对场地要求的限制的问题，可以在任意场所对待测煤炭进行采样检测。

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种无源离线灰分测量装置，包括测量组件、以及用于屏蔽电离辐射的密封屏蔽铅室，所述测量组件和密封屏蔽铅室均容置在壳体内，所述密封屏蔽铅室内设有用于放置煤炭的采样盒；还包括设置在所述壳体上的用于对所述测量组件供电的供电系统。

在一个实施例中，所述测量组件包括：光电计数器，用于接收煤炭中放射性元素发出的电离辐射脉冲信号；信号处理器，用于对所述电离辐射脉冲信号进行分析以得到放射性元素的总脉冲计数和单一放射性元素脉冲计数；信号通讯与运算处理器，用于对所述总脉冲计数和单一放射性元素脉冲计数进行运算处理以得到煤炭灰分值；所述光电计数器和信号处理器均设置在所述密封屏蔽铅室内。

优选地，所述放射性元素为钍、镭、铀、钾、铷。

优选地，所述测量组件还包括用于对所述电离辐射脉冲信号进行放大的光电倍增器，所述光电倍增器分别与光电计数器和信号处理器电连接，且所述光电倍增器设置在所述密封屏蔽铅室内。

其中，所述光电计数器、信号处理器以及光电倍增器均设置在采样盒的下方。

在一个实施例中，所述密封屏蔽铅室的厚度为20-40mm。

在一个实施例中，所述供电系统包括蓄电池、以及与所述蓄电池电连接的操作面板；所述蓄电池设置在壳体内，所述操作面板嵌设在壳体外壁上。

优选地，所述蓄电池为磷酸铁锂电池。

优选地，所述操作面板上设有充电插口、USB插口、网口以及通讯插口。

在一个实施例中，所述壳体底端设有支腿，所述壳体上还设有与所述供电系统电连接的用于显示测量结果的显示器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：

本实用新型将测量组件和密封屏蔽铅室设置在一个可以移动的壳体内，使用时无需安装在输煤皮带上方进行在线检测，直接将煤炭样品放置在采样盒内即可进行离线检测，另外，通过供电系统进行供电，实现无源检测，从而实现在任意场所对待测煤炭进行采样检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例中的无源离线灰分测量装置的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的无源离线灰分测量装置的外部结构示意图；

图3为图2中操作面板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中的无源离线灰分测量装置的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决申请人在先申请的测量装置需要安装在在输煤皮带上方进行在线检测存在的问题，本实施例提供一种无源离线灰分测量装置，如图1和2所示，包括壳体1、容置在所述壳体1内的密封屏蔽铅室2和测量组件，所述密封屏蔽铅室2内设有用于放置煤炭的采样盒201，所述采样盒201内标记有测量警戒红线，方便使用者控制加样量，所述密封屏蔽铅室2的前侧还铰接有密封门202，还包括设置在所述壳体1上的用于对所述测量组件供电的供电系统。在本实施例中，所述密封屏蔽铅室2的厚度为20-40mm，但是也可以根据具体情况进行调节。

在本实施例中，如图2所示，所述测量组件包括：光电计数器301，用于接收煤炭中放射性元素发出的电离辐射脉冲信号；光电倍增器302，用于对所述电离辐射脉冲信号进行放大；信号处理器303，用于对所述电离辐射脉冲信号进行分析以得到放射性元素的总脉冲计数和单一放射性元素脉冲计数；信号通讯与运算处理器304，用于对所述总脉冲计数和单一放射性元素脉冲计数进行运算处理以得到煤炭灰分值。需要说明的是，所述光电计数器301的型号为JDM6-51M电磁预置计数器，所述光电倍增器302的型号为7ID102-R316(-02)系列端窗光电倍增管探测器(PMT)，所述信号处理器303的型号为BR-WSP-16，所述信号通讯与运算处理器304的型号为西门子S7-300PLC，上述器件均为现有产品，其具体结构和电路连接示意图均为公知常识，因此，本实施例将不再具体赘述。虽然本实施例给出了上述器件的具体型号，但是也并不局限于此。

具体的，所述放射性元素为钍、镭、铀、钾、铷，微量放射性元素在自然界中普遍存在，岩石和土壤中都有一定量的天然放射性元素，煤炭也不例外，并且燃煤中的矿物质(灰分)比有机质(挥发分)含有更多的放射性元素，这些放射性元素可以认为是一些微小的放射源，因此本实施例采用光电计数器301，基于平衡零拍探测方法，有效降低经典噪声、放大信号光和直接表征信号光的下交分量起伏量，从而对煤炭灰分含量进行快速精准测量。

具体的，为了对煤炭中放射性元素发出的电离辐射脉冲信号进行放大，所述光电计数器301与光电倍增器302电连接，光电倍增器302又与信号处理器303电连接以使经过放大的电信号进入信号处理器303，信号处理器303首先对要检测的目标元素钍、镭、铀、钾、铷等信号频率范围之外的噪声和干扰进行过滤，然后对不同的放射性元素所发出的特征电离辐射脉冲信号的频率、波长以及能量峰进行能级分析，并根据能级对比分析结果，定量分析出待测煤炭中钍、镭、铀、钾、铷等五种元素的总脉冲计数和该五种元素的单一元素脉冲计数，至此，光电计数器301、光电倍增器302以及信号处理器303共同组成光电转换模块；信号处理器303再与信号通讯与运算处理器304电连接以将待测煤炭单位体积内所含有的钍、镭、铀、钾、铷的具体含量导入信号通讯与运算处理器304进行运算处理，从而得到待测煤炭的灰分值，所述信号通讯与运算处理器304还连接有工控机，即工业电脑，具体型号为研祥ppc-1261V。

其中，光电计数器301、光电倍增器302、信号处理器303以及信号通讯与运算处理器304还分别与供电系统电连接以对其供电，在本实施例中，所述供电系统包括蓄电池4、以及与所述蓄电池4电连接的操作面板，通过蓄电池4供电，可以方便各种场合转换的离线快速测试。具体的，所述蓄电池4为磷酸铁锂电池，但是并不局限于此；如图3所示，所述操作面板上设有充电插口401、USB插口402、网口403以及通讯插口404，具体的，所述USB插口设有两个，所述通讯插口404为R232通讯模块。

本实施例通过对测煤炭中的钍、镭、铀、钾、铷等放射性元素发出的微弱电离辐射信号进行探测与分析，但是由于环境中的电离辐射无处不在，因此为了避免外界环境的干扰，所述无源煤炭灰分测量装置包括用于屏蔽电离辐射的密封屏蔽铅室2，如图2所示，所述光电计数器301、光电倍增器302、以及信号处理器303均设置在所述密封屏蔽铅室2内；所述采样盒201放置在光电计数器301、光电倍增器302以及信号处理器303的上方，即采样盒201放置在光电转换模块的上方。

通过光电计数器301、光电倍增器302、以及信号处理器303组成的光电转换模块对放射性元素进行探测和分析过程中，需要采用150-200V的高压稳压电源来实现光信号与电信号的转换与放大，但现有的高压电源大多数为电子管稳压电源，由于这种高压稳压电源中使用了滤波电感，其缺点在于设备启停时会产生反冲高电压，高出正常电压很多，因此经常会出现设备启停时采集到的脉冲数据异常的现象，且极易导致光电转换模块电路故障。因此，本实施例高压稳压电源采用低压晶体管，这种低压晶体管高压稳压电源的稳压系数可以达到Sr＝0.05％，从而很好地解决了光电转换模块的稳定性问题。

在本实施例中，如图1和2所示，所述壳体1底端设有支腿101，所述壳体1上还设有显示器5，所述显示器5与所述工控机电连接以将测量结果显示在显示器5上。

采用本实用新型的测量装置进行灰分测量时，参照图4，包括以下步骤：

步骤1，将空的采样盒201放在密封屏蔽铅室2内校准；

步骤2，将需要测量的煤样倒入采样盒201中，直到测量警戒红线，大约5kg重量；

步骤4，将装好煤样的采样盒201重新放到密封屏蔽铅室2内，关闭密封门202；

步骤5，光电计数器301接收来自待测煤样中所含有的微量放射性元素发出的电离辐射脉冲信号，并将电离辐射脉冲信号传给光电倍增器302放大；

步骤6，经过放大后的电信号进入信号处理器303，信号处理器303首先对要检测的目标元素钍、镭、铀、钾、铷等信号频率范围之外的噪声和干扰进行过滤，然后对不同的微量放射性元素所发出的特征电离辐射脉冲信号的频率、波长以及能量峰进行能级分析，并根据能级对比分析结果，定量分析出待测煤炭中钍、镭、铀、钾、铷等五种元素的总脉冲计数量和各该五种元素的单一元素脉冲计数量。

步骤7，待测煤炭单位体积内所含有的钍、镭、铀、钾、铷的具体含量导入信号通讯与运算处理器304中进行运算处理，具体确定单位体积的待测煤炭中所含有的钍、镭、铀、钾、铷的精确含量，之后与化验室对该煤炭样品的灰分化验值进行对比和标定，得到待测煤炭的灰分值。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无源离线灰分测量装置，包括测量组件、以及用于屏蔽电离辐射的密封屏蔽铅室，其特征在于，所述测量组件和密封屏蔽铅室均容置在壳体内，所述密封屏蔽铅室内设有用于放置煤炭的采样盒；

还包括设置在所述壳体上的用于对所述测量组件供电的供电系统。

2.根据权利要求1所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述测量组件包括：

光电计数器，用于接收煤炭中放射性元素发出的电离辐射脉冲信号；

信号处理器，用于对所述电离辐射脉冲信号进行分析以得到放射性元素的总脉冲计数和单一放射性元素脉冲计数；

信号通讯与运算处理器，用于对所述总脉冲计数和单一放射性元素脉冲计数进行运算处理以得到煤炭灰分值；

所述光电计数器和信号处理器均设置在所述密封屏蔽铅室内。

3.根据权利要求2所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述放射性元素为钍、镭、铀、钾或/和铷。

4.根据权利要求2所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述测量组件还包括用于对所述电离辐射脉冲信号进行放大的光电倍增器，所述光电倍增器分别与光电计数器和信号处理器电连接，且所述光电倍增器设置在所述密封屏蔽铅室内。

5.根据权利要求4所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述光电计数器、信号处理器以及光电倍增器均设置在采样盒的下方。

6.根据权利要求1所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述密封屏蔽铅室的厚度为20-40mm。

7.根据权利要求1所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述供电系统包括蓄电池、以及与所述蓄电池电连接的操作面板；所述蓄电池设置在壳体内，所述操作面板嵌设在壳体的外壁上。

8.根据权利要求7所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述蓄电池为磷酸铁锂电池。

9.根据权利要求7所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述操作面板上设有充电插口、USB插口、网口以及通讯插口。

10.根据权利要求1所述的无源离线灰分测量装置，其特征在于，所述壳体底端设有支腿，所述壳体上还设有与所述供电系统电连接的用于显示测量结果的显示器。

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