CN2453436Y - 电站入炉煤成分在线分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料工业上在线检测装置,它由壳体、多道谱仪、中子发生器、γ射线探测器组成,壳体底座为一平板体,它的表面设有与传送皮带下皮带相配合的通道槽,壳体前、后箱体与底座为可拆卸连接,其内对应传送皮带上皮带位置均开有凹槽,在壳体内对应上皮带通过的位置设有中子发生器和γ射线探测器,且在中子发生器外套装有漫化体套,它们紧密结合为一体,对应壳体内中子发生器及其漫化体套和γ射线探测器位置均设有防护材料屏蔽层,壳体内还设有供γ射线探测器使用的液氮罐和检测γ射线的多道谱仪。

Description

电站入炉煤成分在线分析装置

本实用新型涉及一种燃料工业上用于检测煤质成分的在线检测装置。

由于煤质成分复杂多变，多年来一直采用采样、化验的手工分析方法检测煤质成分。由于取样代表性差、分析速度严重滞后等问题，这种分析方法不能满足工业生产的需求。近年来，随着计算机技术的发展，出现了新一代的快速煤质分析仪。快速煤质分析仪只是在数据处理方面用计算机取代了人工，没有从根本上解决采样代表性差以及分析速度慢的问题。因此，由于缺少必要的煤质成分在线检测手段，我国火电厂每年盲目燃烧近15亿吨的燃料，除了燃烧效率低下导致严重的浪费外，还对大气环境造成了严重的污染。因此，煤质成分在线分析装置一直是业内人士追求的目标。

本世纪80年代初期，出现了新一代的煤质成分在线分析装置。该装置放弃了传统的物理、化学分析方法，转而采用核分析方法。该方法采用同位素放射源如²⁵²Cf、Am-Be或¹³⁷Cs等作为信号产生端，采用NaI探测器、Ge(Li)探测器或者BGO探测器作为信号接受端，通过检测特征射线信号实现元素种类的判别，通过检测到的特征信号的数量实现元素含量的分析。其典型代表为中子俘获瞬发γ射线在线分析技术，该技术采用²⁵²Cf作为放射源，以Ge(Li)探测器作为信号接收端，从主输煤皮带上取下部分煤样，经过流料槽整形后进行测量分析。该方法的分析周期一般为10～15分钟，煤样的分析速度大大提高；主煤流的1/3至1/2通过流料槽进行分析，大大的提高了取样的代表性问题。但由于²⁵²Cf放射出的中子能量低，平均只有2．2MeV，因此只能利用中子俘获反应分析煤中的部分元素如Fe、Ca、Al、Si、H及S等，煤中的主要元素如碳C、氧O等无法进行分析。因此，现有的以中子俘获瞬发γ射线在线分析技术为基础的煤质成分在线分析装置不能实现煤质的全元素分析。除此以外，虽然上述装置在很大程度上提高了煤样的代表性以及分析速度问题，但是仍然不能满足工业生产的需求，如输煤流量为700吨/小时时，至少还有350吨/小时的燃料没有进行分析。

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种分析速度快，煤样代表性高，可实现煤质的全元素在线分析的电站入炉煤成分在线分析装置。

本实用新型的技术解决方案：

一种电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于它由壳体、多道谱仪、中子发生器、γ射线探测器组成，壳体是由底座和前、后两侧箱体构成，底座为一平板体，它的表面设有与传送皮带下皮带相配合的通道槽，前、后箱体与底座为可拆卸连接，其内对应传送皮带上皮带位置均开有凹槽，使得它们组合在底座上时两凹槽形成与上皮带相配合的输送通道槽，在壳体内对应上皮带通过的位置设有中子发生器和γ射线探测器，且在中子发生器外套装有漫化体套，它们紧密结合为一体，对应壳体内中子发生器及其漫化体套和γ射线探测器位置均设有防护材料屏蔽层，壳体内还设有供γ射线探测器使用的液氮罐和检测γ射线的多道谱仪。

本实用新型利用中子发生器产生的高能中子与原子核发生非弹散射反应放射出的特征γ射线对煤中的碳C、氧O元素进行分析；部分高能中子经过特制的慢化体慢化成热中子后，利用热中子与原子核发生的热中子俘获反应放射出的特征γ射线对煤中的部分金属元素如Fe、Ca、Al及Mg等，以及部分非金属元素如Si、S、H及N等进行分析。本实用新型将快中子非弹散射反应和热中子俘获反应结合起来，实现煤质的全元素在线分析。

本实用新型经过大量的试验研究和理论计算，放弃了传统的取样到流料槽、保证测量条件的设计方式。而将本实用新型的装置跨在主输煤皮带上，且所有影响因素通过自校正模型进行自动校正，从而实观直接在输煤皮带上对全煤流进行在线检测。本实用新型的整套装置由自行研制的防护材料构成，达到国家规定的计量防护要求。慢化体经过严密的理论计算，采用特殊的加工工艺制造，保证活化反应需要的合适的热中子和快中子比。本实用新型直接跨在输煤皮带上，其中子发生器置于输煤皮带下方，探测器置于输煤皮带上方。中子发生器发射出的高能中子，部分直接与煤中的元素发生非弹反应，部分高能中子经过慢化体慢化成热中子后与煤中的元素发生俘获反应。杜瓦瓶内装有液氮，给探测器提供一个超低温的工作环境。监控仪表对测量条件进行监测与控制，保证系统可靠、稳定的运行。为保护探测器免受快中子辐照损伤，在探测器前端装有防护套。俘获反应与非弹反应产生的脉冲信号在探测器内经放大后，被送到多道谱仪进行分析处理。本实用新型将中子俘获反应和快中子非弹散射反应相结合，实现煤质的全元素在线分析。由于是对全煤流进行在线检测分析，故避免了取样的代表性问题；分析周期为10分钟，大大的提高了分析速度，为电力生产的自动控制提供了大量的信息。由于本实用新型可如实时获取煤质成分信息，则通过调整燃烧，提高锅炉燃烧效率，降低煤耗，每年可节约200万元；实时获取煤质成分在线信息，通过合理的混配高硫煤和低硫煤，控制SO₂排放量，达到环保要求，每年可至少节约100万元。

本实用新型还具有下列优点：

(1)利用14MeV的高能中子与原子核发生的非弹散射反应，对煤中的碳元素、氧元素进行定量检测分析。

(2)部分高能中子经过慢化体被慢化成热中子，利用热中子俘获反应对煤中的部分金属元素如Fe、Al、Ca以及部分非金属元素如S、H、N及Si的定量分析。

(3)采用中子发生器作为中子源，将热中子俘获反应和快中子非弹散射反应相结合，实观煤质全元素成分的在线分析。

(4)本实用新型装置跨在主输煤皮带上，直接对全煤流进行在线检测分析，避免了取样的代表性问题。

(5)本实用新型装置检测分析周期为10分钟。

(6)经过科学的计算与试验，采用自行研制的慢化体保证测量要求的快中子和热中子比。

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

如图1所示，本实用新型由壳体1、多道谱仪2、中子发生器3、γ射线探测器4组成，壳体1是由底座5和前、后两侧箱体6、7构成，底座5为一平板体，它的表面设有与传送皮带下皮带8相配合的通道槽，前、后箱体6、7与底座5为可拆卸连接，其内对应传送皮带上皮带9位置均开有凹槽，使得它们组合在底座5上时两凹槽形成与上皮带9相配合的输送通道槽10，在壳体1内对应上皮带9通过的位置设有中子发生器3和γ射线探测器4，且在中子发生器3外套装有漫化体套11，它们紧密结合为一体，对应壳体1内中子发生器3及其漫化体套11和γ射线探测器4的位置均设有防护材料屏蔽层12，壳体1内还设有供γ射线探测器4使用的液氮罐13和检测γ射线的多道谱仪2。

本实用新型中，前、后箱体6、7与底座5可以是槽结构插接连接，也可是螺栓螺母连接。它们最好采用金属材料制成。

本实用新型在壳体1内对应传递皮带上皮带9下面位置设有中子发生器3，而在壳体1内对应上皮带9上面位置设有γ射线探测器4(如采用碘化钠或高纯锗或BGO的γ射线探测器)，该探测器4与液氮罐13相连，以保证探测器在低温下工作。上述部件最好均设置在壳体1内的一侧空腔内，且该空腔内填有由防护材料板组成的多层屏蔽层12，在壳体1内另一侧空腔设置有多道谱仪2(如DSPEC-2000数字化谱仪)，它们输入信号端与γ射线探测器4的输出信号端相连。在壳体1上还可设有监控仪表14，以对煤层厚度、中子发生通量、环境温度和湿度、液氮罐内的液氮量进行监测和控制。

本实用新型的漫化体套11可由有机材料(如石腊、聚乙烯等)制成，它对中子发生器3发出的高能中子进行漫化，使其变成低能的热中子。

本实用新型防护材料屏蔽层12可由石腊、聚乙烯或铅、铁等金属材料制成，它用来防止中子和γ射线辐射出去。

在γ射线探测器4外围最好套装有由防中子材料组成的防护套15，它用来防止中子损伤探测器的探头。

使用时，本实用新型可现场安装，只需将底座5安置在地面(如高度不够，可连接支腿)，使传送皮带的下皮带8从底座5通道槽通过，然后再将前、后箱体6、7连接到底座5上，使上皮带9正好从它们之间的输煤通道槽10通过，且该输煤通道槽10留有足量的输煤空间。为了提高防护效果，可在壳体1外再罩装一大罩壳。

工作时，燃料原煤16通过传送皮带传送，当通过本实用新型的壳体1时，中子发生器3发出的中子，部分被其漫化体套11漫化，使其变为低能量的热中子，则没有漫化的高能量快中子和漫化的低能量热中子同时作用到所通过煤流上，它们就与原煤燃料16中的各种元素发生快中子非弹散射反应和热中子俘获反应，放射出不同特征的γ射线，并由γ射线探测器4接收，然后送至多道谱仪2，多道谱仪2根据不同特征γ射线的能量和数量进行煤质元素的种类判别和元素含量的分析，即可实现煤质全元素成份的快速在线分析。

Claims (6)

1、一种电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于它由壳体、多道谱仪、中子发生器、γ射线探测器组成，壳体是由底座和前、后两侧箱体构成，底座为一平板体，它的表面设有与传送皮带下皮带相配合的通道槽，前、后箱体与底座为可拆卸连接，其内对应传送皮带上皮带位置均开有凹槽，使得它们组合在底座上时两凹槽形成与上皮带相配合的输送通道槽，在壳体内对应上皮带通过的位置设有中子发生器和γ射线探测器，且在中子发生器外套装有漫化体套，它们紧密结合为一体，对应壳体内中子发生器及其漫化体套和γ射线探测器位置均设有防护材料屏蔽层，壳体内还设有供γ射线探测器使用的液氮罐和检测γ射线的多道谱仪。

2、按权利要求1所述的电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于所述前、后箱体与底座或是槽结构插接连接，或是螺栓螺母连接。

3、按权利要求1所述的电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于在壳体内对应传递皮带上皮带下面位置设有中子发生器，而在壳体内对应上皮带上面位置设有γ射线探测器，该探测器与液氮罐相连，上述部件均设置在壳体内的一侧空腔内，且该空腔内填有由防护材料板组成的多层屏蔽层，在壳体内另一侧空腔设置有多道谱仪，它们输入信号端与γ射线探测器的输出信号端相连，在壳体上还设有监控仪表。

4、按权利要求1所述的电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于漫化体套由有机材料制成。

5、按权利要求1所述的电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于防护材料屏蔽层由石腊、聚乙烯或铅、铁等金属材料制成。

6、按权利要求1所述的电站入炉煤成分在线分析装置，其特征在于在γ射线探测器外围套装有由防中子材料组成的防护套。

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