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