CN101349658B - 一种对煤炭灰分离线快速分析的方法 - Google Patents

Abstract

一种对煤炭灰分离线快速分析的方法，是采用灵敏压力传感器直接称量煤样的总量，使得煤样的厚度可以是满足同位素放射源镅-241最佳测量的厚度，保证高精度测量，并且结构简单、操作简便，处理后可以迅速直接读出结果并对结果进行保存。本发明适用于需要对煤炭进行快速准确分析灰分的场合，可以用于热电厂、港口等需要对矿仓、料堆煤炭进行灰分分析的地方。

Description

一种对煤炭灰分离线快速分析的方法

技术领域

本发明涉及一种灰分检测方法，具体说涉及一种用γ射线结合电子称重测量煤炭灰分的方法。

背景技术

离线式测量分析煤炭灰分的方法，最早也最普遍使用的是燃烧测重法，即先取一定重量g₁的煤样，然后依照规范的操作规程燃烧煤样，最后称量出最终剩余的灰分物质的重量g₂，就可以根据下面公式计算出灰分值H：

H＝g₂/g₁×100％

但是这种方法操作过程烦琐，需要时间较长，一般在40～50分钟之后才能得到分析结果。

为了能够快速得到煤样的灰分值，现在有一种利用物质对γ射线吸收规律来测量静态煤样灰分的检测装置，该装置采用双光子源(镅-241，铯-137)放出两组不同能量的γ射线，由于煤和灰分对两组γ射线的吸收效率不同，仪器记录无物料时及有物料时的γ射线强度，并将其转换成电信号，计算机根据这些数据的变化可以计算出煤灰分含量。这种分析方式能够把测量时间缩短为3～5分钟左右。

但是由于两组不同能量的γ射线的穿透能力相差悬殊，导致如果煤样厚度满足镅-241的低能γ射线的有效透射的话，则无法使铯-137的中能γ射线的强度在透射前、后有足够明显的变化，导致测量精度不高。而如果要保证铯-137的中能γ射线的强度在透射前、后有足够明显的变化，就必须增加煤样的厚度，但是这样一来，会将镅-241的低能γ射线吸收过多，探测到的透射后的低能γ射线强度过低，受本底和涨落效应的影响过大，导致较大的测量误差。而为了保证检测精度，则需要延长测量时间以降低涨落效应的影响，无法将测量时间缩减到最小。

发明内容

针对前述检测方法存在的缺陷，提出一种用γ射线与压力传感器直接测量煤样，对静态煤样灰分进行快速分析的方法。

本发明采用的具体技术方案是：

1)取样：将煤样自然堆积在容积尺寸固定的样品盒内，用刮板沿样品盒上沿刮平；

2)检测装置：在固定支架下层置有同位素放射源装置，在固定支架中层装有压力传感器，压力传感器信号输出端联接主机，在压力传感器上置有托盘，在固定支架上层置有γ射线探测器，γ射线探测器的信号输出端联接主机；

3)检测与计算：检测时，将样品盒置于托盘上，启动放射源、γ射线探测器、压力传感器主机；放射源发出的γ射线穿透煤样后，被探测器接收到，探测器将测量到的γ射线转变为脉冲信号，传输到主机中；压力传感器将受到的压力转变为电压信号，再通过电压/频率变换电路将电压信号转变为脉冲信号；主机根据接收到的信号中分别对应压力传感器所承受压力大小和γ射线强度的两路计数率，依据下式计算出煤样的灰分值H：

H＝A·(lnN₂₀—lnN₂)/(N₁—N₁₀)+B·(N₁—N₁₀)+C

其中N₁₀为样品盒中无煤样时测量到的对应压力的计数率；

N₁为样品盒中有煤样时测量到的对应压力的计数率；

N₂₀为样品盒中无煤样时测量到的对应γ射线的计数率；

N₂为样品盒中有煤样时测量到的对应γ射线的计数率；

A、B、C则为待定系数，该待定系数通过对已知灰分的煤样进行测量，然后用最小二乘法进行线性回归求得。

本发明的特点是采用灵敏压力传感器直接称量煤样的总量，使得煤样的厚度可以是满足同位素放射源镅-241最佳测量的厚度，保证高精度测量，并且结构简单、操作简便，处理后可以迅速直接读出结果并对结果进行保存。

本发明适用于需要对煤炭进行快速准确分析灰分的场合，可以用于热电厂、港口等需要对矿仓、料堆煤炭进行灰分分析的地方。

附图说明

图1为具体实施方式中检测装置安装结构示意图图中：1固定支架，2屏蔽输出器，3放射源，4准直孔，5样品盒，6托盘，7压力传感器，8探测器，9主机，10闪烁晶体，11光电倍增管，12电路板。

具体实施方式

结合附图具体说明本发明的检测方法。

屏蔽输出器2被安装在支架1的下层，屏蔽输出器2内装有放射源3，放射源3为²⁴¹Am同位素源。为了对放射源进行防护，使用屏蔽输出器2对放射源所辐射的射线进行屏蔽防护，屏蔽输出器2开有圆锥形准直孔4，使得放射源3发出的γ射线只能在准直孔4所束缚的空间中传播，并且当射线辐照到样品盒5底部时，辐照面积刚好与煤样相符。

压力传感器7固定在支架1的中层，在压力传感器7上，装有托盘6，托盘6的中间开有一个圆形孔，孔的直径与样品盒5的内直径相符；并在圆形孔边加工有台，台边的宽度与样品盒5的壁厚相符。

探测器8固定在支架1的上层。探测器8为常规的闪烁体探测器，其内部由下至上依次装有闪烁晶体10、光电倍增管11、电路板12，闪烁晶体10的直径与样品盒5的内直径相符。

整台装置的安装，保证闪烁晶体10的中轴、托盘6中间圆形孔的中心以及放射源3处于同一条竖直的垂线上。

当样品盒5被放置于托盘6上时，刚好可以卡在托盘6的圆形孔台边中。并且放射源3沿准直孔4辐射出的γ射线照射到样品盒5时，射线刚好穿过托盘6的圆形孔，覆盖面为圆形，其圆心及直径分别与样品盒5的圆心及内径相符。样品盒5为铝质的圆桶状，可以从托盘6上取走。

使用时，在样品盒5中自然堆积煤样，然后用刮板沿样品盒5上沿刮平，使煤样的总体积刚好等于样品盒5的容积。然后将样品盒5连同煤样一并放置于托盘6上。

压力传感器7能够将受到的压力转变为电压信号，并且电压的伏值与所受到压力的大小成正比。电压信号被发送到主机9后，通过电压/频率变换电路将电压信号转变为脉冲信号，其中脉冲信号的频率与电压的伏值成正比例关系，主机9通过计数器记录脉冲数率。

放射源3发出的γ射线照射到煤样后，一部分与煤样发生相互作用，还有一部分穿透煤样而被探测器8接收到。而射线穿透煤样前、后的强度，符合物质对γ射线的吸收规律：

I＝I₀·e^(-μ·d)

其中I为透射后的射线强度，I₀为透射前的射线强度，μ为煤样对γ射线的吸收系数，d为煤样的质量厚度。而μ的数值与煤样的灰分相关，d与煤样的密度相关。

探测器8将将测量到的γ射线转变为脉冲信号，传输给主机9。

仪表主机9根据接收到的分别对应压力传感器7所承受压力大小和探测器8接收到γ射线强度的两路计数率，依据下式计算出煤样的灰分值H：

H＝A·(lnN₂₀—lnN₂)/(N₁—N₁₀)+B·(N₁—N₁₀)+C

其中N₁₀为样品盒中无煤样时测量到的对应压力的计数率，N₁为样品盒中有煤样时测量到的对应压力的计数率，N₂₀为样品盒中无煤样时测量到的对应γ射线的计数率，N₂为样品盒中有煤样时测量到的对应γ射线的计数率；A、B、C则为待定系数，可以通过对已知灰分的煤样进行测量，然后用最小二乘法进行线性回归求得。

主机由脉冲信号整形电路、信号接口电路、CPLD逻辑处理电路、32位的ARM7内核嵌入式控制***电路、电源电路、PC104工控板电路、触摸工业液晶显示屏等组成，实现汉字菜单窗口操作。主机获取信号，进行数据处理，得到煤样灰分值；可手动输入煤样编号、名称，与测量结果共同保存；可查询或外接打印设备打印历史记录。

应用实例

样品盒采用铝制，呈圆桶状，下有底，上敞口。其内容积为Φ10×5cm。壁厚为3mm，下底厚度为1mm。

放射源为²⁴¹Am同位素源，活度为1.85×10⁹Bq。

探测器为闪烁体探测器，闪烁晶体选用NaI(T1)晶体，晶体尺寸为Φ10×2cm。

主机采用高性能PC104工控板，宽温彩色液晶触摸显示屏，实现汉字菜单窗口操作。主机获取信号，进行数据处理，得到煤样灰分值；可手动输入煤样编号、名称，与测量结果共同保存；可查询或外接打印设备打印历史记录。

通过对一组已知煤样按常规方法标定测量，得到相应的参数如下：

A＝18.7821　B＝0.8372　C＝-33.3466

利用本方法对煤样进行灰分测量，测量时间为1分钟，测量结果与燃烧失重法获得结果对比，均方误差小于0.5％。

Claims (1)

1.一种对煤炭灰分离线快速分析的方法，其特征在于：

1)取样：将煤样自然堆积在容积尺寸固定的样品盒内，用刮板沿样品盒上沿刮平；

2)检测装置：在固定支架下层置有同位素放射源装置，在固定支架中层装有压力传感器，压力传感器信号输出端联接主机，在压力传感器上置有托盘，在固定支架上层置有γ射线探测器，γ射线探测器的信号输出端联接主机；

3)检测与计算：检测时，将样品盒置于托盘上，启动放射源、γ射线探测器、压力传感器、主机；放射源发出的γ射线穿透煤样后，被探测器接收到，探测器将测量到的γ射线转变为第一脉冲信号，传输到主机中；压力传感器将受到的压力转变为电压信号，电压信号传输到主机后，通过电压/频率变换电路将电压信号转变为第二脉冲信号；主机根据接收到的信号中分别对应压力传感器所承受压力大小和γ射线强度的两路计数率，依据下式计算出煤样的灰分值H：

H＝A·(ln N₂₀-lnN₂)/(N₁-N₁₀)+B·(N₁-N₁₀)+C

其中N₁₀为样品盒中无煤样时测量到的对应压力的计数率；

N₁为样品盒中有煤样时测量到的对应压力的计数率；

N₂₀为样品盒中无煤样时测量到的对应γ射线的计数率；

N₂为样品盒中有煤样时测量到的对应γ射线的计数率；

A、B、C则为待定系数，该待定系数通过对已知灰分的煤样进行测量，最小二乘法进行线性回归求得。