一種煤炭成分在線檢測裝置的製作方法

2023-07-24 04:00:31 1

專利名稱：一種煤炭成分在線檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於煤炭成分檢測技術領域，涉及核技術，利用中子技術檢測煤炭成分，為一種煤炭成分在線檢測裝置。
背景技術：
目前，在各種測量分析中，核技術已經作為一項常規技術。它有其它分析技術所不具有的很多優點，由於中子不帶電，具有極強的穿透能力，尤其是中子與物質發生核反應時，在非常短的時間內(10,秒內)發出特徵伽瑪射線，從而來檢測物料的主要成分含量。 近年來，基於中子技術的物料成分在線檢測裝置在水泥、煤、礦石等領域已有比較廣泛的應用。但都是基於同位素中子源或者14MeV的電可控中子源，同位素中子源不論是否應用，都在發射中子，給維修和使用帶來極大的不便，再加上中子源後處理問題以及源材料緊張等因素，其發展越來越受到限制。14MeV的電可控中子源由於中子能量高，其防護體系很龐大，不論是現場安裝還是運輸均有很大的不便，再加上氚材料屬核控制材料，屬低毒性氣體，不論是使用還是購買都
有一定的難度。

發明內容
本發明要解決的技術問題是現有技術在測量分析中採用的同位素鐦中子源和 14MeV的氘氚電可控中子發生器不易安裝、維修與使用，源材料緊張，不易獲得，難於處理。本發明專利的技術方案是一種煤炭成分在線檢測裝置，與煤樣的傳輸皮帶安裝在一起，檢測裝置包括電可控氘氘中子發生器、石墨反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護塊、溴化鑭探測器、溫度控制系統、鉛吸收套、屏蔽防護體、放大器、多道分析器、數據處理系統、工控機與數據顯示系統以及遠程登錄系統，屏蔽防護體設有煤樣通道，傳輸皮帶由煤樣通道穿過屏蔽防護體，電可控氘氘中子發生器、石墨反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護塊、溴化鑭探測器、溫度控制系統、鉛吸收套均設置在屏蔽防護體內且位於傳輸皮帶下方，其中電可控氘氘中子發生器設置在石墨反射體內部，石墨反射體和溴化鑭探測器並排設置在傳輸皮帶下方，慢化體設置在石墨反射體與傳輸皮帶之間，石墨反射體和溴化鑭探測器之間為含硼聚乙烯防護塊，溫度控制系統安裝在溴化鑭探測器的外殼，溴化鑭探測器與溫度控制系統共同設置在鉛吸收套中，溴化鑭探測器與放大器電連接，放大器依次連接多道分析器、數據處理系統、工控機與數據顯示系統，溫度控制系統的輸出連接工控機與數據顯示系統，工控機與數據顯示系統與遠程登錄系統通過電話線或者網線連接。進一步的，溴化鑭探測器外設有熱中子吸收套，所述熱中子吸收套由20%的氫化鋰與80%高密度聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm之間。作為優選方式，電可控氘氘中子發生器的中子管靶點與溴化鑭探測器中心的距離為30 32釐米。電可控氘氘中子發生器的能量為2. 5MeV,電可控氘氘中子發生器周圍的石墨反射體壁厚為km，慢化體為Icm厚的耐磨聚乙烯，傳輸皮帶厚度為1. 2士0. Icm0本發明的煤炭成分在線檢測裝置，利用電可控2. 5MeV氘氘小型中子發生器產生的中子，照射到經過傳輸帶上的煤流上，與煤流中的主要核素發生核反應，產生特徵伽瑪射線，這些特徵伽瑪射線是獨一無二的，就像人的指紋一樣，俗稱核指紋；利用特殊的傳感器， 收集這些核信息，利用現代數學分析技術，根據這些特徵伽瑪射線的性質，就可在線檢測煤炭中的全部主要核素，結合高周波分析技術，進而分析煤炭中的水分，灰成分以及熱值。其特點是不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實時在線檢測全部煤流中元素成分及工業特性指標。裝置中，石墨反射體用來倍增中子產額，慢化體用來進一步慢化快中子；溫度控制系統用來控制溴化鑭探測器的溫度，溫度控制電路直接安裝在工控機與數據顯示系統，用以自動控制溫度；電可控氘氘中子發生器產生的中子通過慢化體以及傳輸皮帶慢化為熱中子，照射到皮帶上的煤樣上，與煤樣中的主要核素發生俘獲核反應，產生特徵伽瑪射線，被皮帶下方的溴化鑭探測器採集。本發明不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實時在線檢測全部煤流中元素成分及工業特性指標，可在線檢測煤炭應用部門尤其是火電廠入廠入爐煤的工業特性指標。本發明利用電可控氘氘中子發生器，替代同位素中子源和電可控14MeV中子源， 氘氘中子發生器所需的氘海水中大量存在，取之不盡，再加上氘離子打氘靶，理論上其壽命可以做到非常長。氘氘中子發生器能量為2. 5MeV中子，與同位素中子源Cf的平均能量相近，遠低於電可控氘氚中子(HMeV)，因此其防護體體重和大小均可大幅度降低。


圖1是本發明的結構框圖示意圖。
具體實施例方式本發明裝置具有以下特點1)、本發明利用小型電可控氘氘中子發生器，能量為2. 5MeV，與同位素中子源Cf 的平均能量相近，遠低於電可控氘氚中子(HMeV)，因此其防護體體重和大小均可大幅度降低；2)、本發明為了有效提高中子的利用率，利用石墨作為其反射體，中子發生器的中子管周圍用4cm的石墨來反射中子，提高中子的利用率；3)、本發明中子發生器上面設計了 Icm的耐磨聚乙烯作為慢化體，加上厚度 1. 2士0. Icm的傳輸皮帶，電可控氘氘中子發生器產生的中子通過慢化體以及傳輸皮帶慢化為熱中子，照射到皮帶上的煤樣上；4)、本發明利用最先進的溴化鑭探測器來採集核信息，溴化鑭探測器解析度遠高於BGO探測器和碘化鈉探測器，探測效率介於這兩者之間，同時不易潮解，不受中子損傷；5)、本發明緊鄰溴化鑭探測器設計了一種熱中子吸收套，用來最大可能地吸收到達探測器的熱中子；6)、本發明設計的幾何布置是溴化鑭探測器中心與電可控中子發生器的靶點距離為30 32cm，既有效地防止中子對探測器的幹擾，又能儘可能地接受所測煤樣中的特徵伽瑪射線，這個距離是通過大量的模擬和實驗計算而得；
7)、本發明綜合利用了同位素源和電可控氘氚中子發生器的優點，克服了同位素中子源的檢修不便和後處理問題，以及氘氚中子發生器的龐大防護體問題。由於電可控氘氘微型中子發生器，使用時通電才發射中子，不使用是斷電就不發射中子，在維修時，斷電即可，沒有任何放射性，再加上氘氘微型中子發生器本身沒有任何放射性，等壽命結束後， 沒有任何放射性廢物。而同位素放射源由於時時刻刻都發出中子，等壽命結束後還存在大量的剩餘活性，因而檢修不便，使用壽命結束後，還需花費不少費用返回原單位進行後處理。由於氘氚中子發生器發射的中子能量(HMeV)遠高於氘氘中子發生器(2.5MeV)，為了有效慢化和吸收，需要更多的重金屬和富含氫材料進行慢化和吸收；由於而氘氘發生器的能量2. 5MeV跟同位素中子源鉲的平均能量相近，因而防護體更為輕巧。綜上所述，利用氘氘發生器既克服了克服了同位素中子源的檢修不便和後處理問題，以及氘氚中子發生器的龐大防護體問題；8)、本發明可實時在線檢測傳輸帶上煤質成分，由於其獨特的設計和優點，包括中子發生器與探測器間的距離、利用了氘氘中子發生器、利用了石墨反射體、利用溴化鑭探測器採集伽瑪能譜、熱中子吸收套等，有效地提高了元素成分的測量精度和可靠性。下面結合附圖和實施對本發明作進一步的說明。如圖1所示。本發明裝置中電可控小型氘氘中子發生器1能量為2. 5MeV，放置在特殊結構的石墨反射體2內，石墨反射體2用來倍增中子產額；石墨反射體2與傳輸皮帶16 之間放置特殊尺寸和結構的慢化體3，用來進一步慢化產生的快中子；溴化鑭探測器5與電可控小型氘氘中子發生器1均放在皮帶下方，呈散射布置，電可控小型氘氘中子發生器1和溴化鑭探測器5沿著煤樣的傳輸方向，電可控小型氘氘中子發生器1在前，溴化鑭探測器5 在後，中間是含硼聚乙烯塊4，含硼聚乙烯塊4起慢化和吸收中子的作用；探測器中心和中子管靶點的距離為30 32釐米，溴化鑭探測器5外面緊包熱中子吸收套6，該熱中子吸收套6是由20%的氫化鋰與80%高密度聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm之間，熱中子吸收套外面6是一定厚度的鉛吸收套8，實現防護；溫度控制系統7直接安裝在探測器5的金屬外殼，用來控制探測器的溫度，控制電路直接安裝在工控機與數據顯示系統13，用以自動控制溫度；屏蔽防護體9設有煤樣通道，傳輸皮帶16由煤樣通道穿過屏蔽防護體9，電可控小型氘氘中子發生器1產生的中子，通過慢化體3以及傳輸皮帶16慢化為熱中子，照射到穿過屏蔽防護體9中間的皮帶上的煤樣上15，與煤樣15中的主要核素發生俘獲核反應， 產生特徵伽瑪射線，被皮帶下方的溴化鑭探測器5採集。溴化鑭探測器5通過電纜與放大器10連接，放大器10將信號放大成型後通過電纜輸入多道分析器11，多道分析器11將採集到的能譜通過電纜輸入數據處理系統12，數據處理系統12利用現代數學分析技巧將能譜解析後得到各種主要的元素成分以及工業特性指標，並將這些數據發送到工控機及與數據顯示系統13，數據顯示系統實時顯示煤炭工業特性指標，工控機與數據顯示系統13與遠程登錄系統14通過電話線或者網線連接，利用遠程登錄系統定期進行遠程維護和自檢。本發明的具體實施時，溴化鑭探測器5可以從探測器晶體生產廠商處購買，如 Proteus, Inc.或Mint Gobain，電可控氘氘中子發生器1可與相關研發單位聯合攻關，現有技術即可以實現，放大器10自己開發也可購買，多道分析器11直接購買，如坎培拉公司的產品，石墨反射體2根據氘氘發生器的性質進行獨特的設計，慢化體3由高密度聚乙烯和石墨構成，通過二者複合設計，其慢化效果比較理想，厚度比例為1 1，總厚度是2釐米，靠近中子發生器的是Icm的石墨，石墨上面是Icm的高密度聚乙烯.；探測器外部的中子吸收體通過大量的試驗和仿真模擬，根據實際情況設計了一種比較理想的配比，利用20%的氫化鋰和80%的聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm。 本發明的工作過程為將裝置直接安裝在傳輸皮帶16上，傳輸皮帶16穿過屏蔽防護體9，電可控氘氘中子發生器1與溴化鑭探測器5均在傳輸皮帶的下方，當傳輸皮帶16輸煤信號開始時，啟動電可控氘氘中子發生器1產生2. 5MeV的中子，利用特殊結構的石墨反射體來提高中子的利用率，然後通過石墨加高密度聚乙烯的慢化體和傳輸皮帶後，被充分慢化為慢中子，也就是熱中子，慢熱中子與傳輸帶上的煤樣中的主要核素發生熱中子俘獲核反應，發出瞬發特徵伽瑪射線，這些特徵伽瑪射線是獨一無二的，就像人的指紋一樣，俗稱核指紋，跟核素是一一對應的，這些瞬發特徵伽瑪射線穿過傳輸皮帶被高性能的溴化鑭探測器5接受，這些特徵伽瑪信號被放大器10放大進入多道分析器11採集儲存，然後送入數據處理系統12，利用數學分析方法對這些核信息進行解析，這裡的數學分析方法為現有技術，不再詳述。最後得到煤炭的主要核素成分，根據元素與工業特性指標的對應關係，利用工業特性分析軟體，將元素成分轉變成工業特性指標，並通過工控機及顯示系統13實時顯示現實和定時儲存，並將這些數據傳輸到用戶的管理系統和控制系統當中。結合高周波分析技術，進而分析煤炭中的水分，灰成分以及熱值。本發明不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實時在線檢測全部煤流中元素成分及工業特性指標。
權利要求
1.一種煤炭成分在線檢測裝置，其特徵是與煤樣(1 的傳輸皮帶(16)安裝在一起， 檢測裝置包括電可控氘氘中子發生器(1)、石墨反射體O)、慢化體(3)、含硼聚乙烯防護塊(4)、溴化鑭探測器(5)、溫度控制系統(7)、鉛吸收套(8)、屏蔽防護體(9)、放大器(10)、多道分析器(11)、數據處理系統(12)、工控機與數據顯示系統(13)以及遠程登錄系統(14)， 屏蔽防護體(9)設有煤樣通道，傳輸皮帶(16)由煤樣通道穿過屏蔽防護體(9)，電可控氘氘中子發生器(1)、石墨反射體(2)、慢化體(3)、含硼聚乙烯防護塊(4)、溴化鑭探測器(5)、溫度控制系統(7)、鉛吸收套(8)均設置在屏蔽防護體(9)內且位於傳輸皮帶(16)下方，其中電可控氘氘中子發生器(1)設置在石墨反射體O)內部，石墨反射體(2)和溴化鑭探測器(5)並排設置在傳輸皮帶(16)下方，慢化體(3)設置在石墨反射體(2)與傳輸皮帶(16)之間，石墨反射體⑵和溴化鑭探測器(5)之間為含硼聚乙烯防護塊G)，溫度控制系統(7) 安裝在溴化鑭探測器(5)的外殼上，溴化鑭探測器( 與溫度控制系統(7)共同設置在鉛吸收套⑶中，溴化鑭探測器(5)與放大器(10)電連接，放大器(10)依次連接多道分析器 (11)、數據處理系統(12)、工控機與數據顯示系統(13)，溫度控制系統(7)的輸出連接工控機與數據顯示系統(13)，工控機與數據顯示系統(13)與遠程登錄系統(14)通過電話線或者網線連接。
2.根據權利要求1所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特徵是溴化鑭探測器(5)外設有熱中子吸收套(6)，所述熱中子吸收套(6)由20%的氫化鋰與80%高密度聚乙烯聚合而成，厚度為0. 7 0. 8cm之間。
3.根據權利要求1或2所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特徵是電可控氘氘中子發生器(1)的中子管靶點與溴化鑭探測器(5)中心的距離為30 32cm。
4.根據權利要求1或2所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特徵是電可控氘氘中子發生器(1)的能量為2. 5MeV,電可控氘氘中子發生器(1)周圍的石墨反射體(2)壁厚為 4cm，慢化體(3)為Icm厚的耐磨聚乙烯，傳輸皮帶(16)厚度為1. 2士0. Icm0
5.根據權利要求3所述的一種煤炭成分在線檢測裝置，其特徵是電可控氘氘中子發生器(1)的能量為2. 5MeV,電可控氘氘中子發生器(1)周圍的石墨反射體(2)壁厚為km，慢化體⑶為Icm厚的耐磨聚乙烯，傳輸皮帶(16)厚度為1.2士0. Icm0
全文摘要
一種煤炭成分在線檢測裝置，與煤樣的傳輸皮帶安裝在一起，檢測裝置包括電可控氘氘中子發生器、石墨反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護塊、溴化鑭探測器、溫度控制系統、鉛吸收套、屏蔽防護體、放大器、多道分析器、數據處理系統、工控機與數據顯示系統以及遠程登錄系統，利用電可控2.5MeV氘氘小型中子發生器產生的中子，照射到經過傳輸帶上的煤流上，與煤流中的主要核素發生核反應，產生特徵伽瑪射線，根據這些特徵伽瑪射線的性質，就可在線檢測煤炭中的全部主要核素，進而分析煤炭中的水分，灰成分以及熱值。本發明不受煤種，以及顆粒大小的影響，可實時在線檢測全部煤流中元素成分及工業特性指標。
文檔編號G01N23/222GK102175702SQ20111000228
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月7日 優先權日2010年11月22日
發明者賈文寶 申請人:賈文寶