一種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置的製作方法

2023-08-07 14:12:01

專利名稱：一種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於煤炭成分及特性指標檢測技術領域，涉及一種煤炭特性指標檢測裝置，具體地說，涉及一種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置。
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。但基本都是基於同位素中子源或者散射式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。同時，水分的準確測量是煤質成分在線檢測系統必需的檢測手段，本發明利用透射式布置的電可控氘氚中子發生器以及鍺酸鉍Y探測器和新型塗硼MRPC探測器，實現煤炭中的關鍵特性指標以及全部主要元素成分的快速在線分析。由此可見，現有技術中存在以下缺陷，在測量分析中採用的同位素鐦中子源不易安裝、維修與使用，源材料緊張，不易獲得，難於處理。以及需要增加其它技術(如微波技術)實現煤炭中水分在線檢測的技術難題。

發明內容
為了解決上述技術問題，克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，該裝置利用中子技術檢測煤炭成分、水分以及工業特性指標，為一種煤炭特性指標在線檢測裝置，可直接檢測煤炭中的硫份、氮份、水分以及主要核素成分含量，同時，間接測量煤炭中灰成分，熱值等關鍵煤炭特性指標。具體技術方案為—種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，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氚微型加速器、鉛反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護塊、鍺酸鉍Y探測器、溫度控制系統、鉛吸收套、碳化硼熱中子吸收套、屏蔽防護體、塗硼MRPC熱中子探測器、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，電可控氘氘微型加速器、鉛反射體、慢化體、含硼聚乙烯防護塊均設置在屏蔽防護體內且位於傳輸皮帶下方，其中電可控氘氚微型加速器放置在鉛反射體內部，鉛反射體設置在傳輸皮帶下方，慢化體設置在鉛反射體與傳輸皮帶之間，鍺酸鉍探測器、塗硼MRPC熱中子探測器、溫度控制系統、鉛吸收套以及碳化硼熱中子探測器均設置在屏蔽防護體內且位於傳輸皮帶上方，溫度控制系統安裝在鍺酸鉍探測器的外殼上，鍺酸鉍探測器與溫度控制系統共同設置在鉛吸收套中，鉛吸收套外面是碳化硼熱中子吸收套，鍺酸鉍探測器與放大器連接，塗硼MRPC熱中子探測器與放大器連接，放大器和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，鍺酸鉍探測器外設有碳化硼熱中子吸收套，所述碳化硼熱中子吸收套由30 %的碳化硼與70 %高密度聚乙烯聚合而成，厚度為O. 5 O. 6cm,碳化硼吸收套主要吸收熱中子，儘可能地防止熱中子進入探測器，形成幹擾。作為優選方式，電可控氘氚微型加速器的靶點垂直於傳輸帶與塗硼MRPC熱中子探測器的中心在一條直線上，塗硼MRPC探測器與鍺酸鉍探測器並列與傳輸帶的中心線，兩個探測器的中心的距離為15 16cm，主要作用是防止直穿中子進入鍺酸鉍探測器與探測 器本身的結構材料發生核反應，發出特徵Y射線，從而影響測量結果。所述電可控氘氚微型加速器的中子能量為14 17MeV，電可控氘氚微型加速器周圍的鉛反射體壁厚為5cm,慢化體由Icm厚的石墨和I. 2cm厚的耐磨聚乙烯構成,傳輸皮帶厚度為I. 2cm。本發明的透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，利用電可控氘氘微型加速器產生的中子，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，結合中子測水技術，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，鉛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鍺酸鉍探測器的溫度，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；電可控氘氘微型加速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，被皮帶下方的鍺酸鉍探測器採集，從而獲取煤樣中的關鍵核素的成分含量。塗硼MRPC熱中子探測器主要用來檢測有無煤樣時的熱中子的變化，從而檢測煤樣中的水分含量。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的關鍵工業特性指標，如硫份、氮份、水分、灰成分以及熱值。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微型加速器，替代同位素中子源，所需的氘、氚海水中大量存在，取之不盡。本發明的有益效果I)、本發明利用投射式幾何布置，電可控氘氘微型加速器和鍺酸鉍Y探測器、塗硼MRPC熱中子探測器分別位於傳輸帶的上下兩側，鍺酸鉍Y探測器、塗硼MRPC熱中子探測器均位於傳輸帶上方。2)、本發明為了有效提高中子的利用率，利用鉛作為其反射體，電可控氘氘微型加速器的周圍用5cm的石墨來反射中子，提聞中子的利用率；3)、本發明電可控氘氘微型中子發生器上面設計了 Icm厚的石墨和I. 2cm的耐磨高分子聚乙烯作為慢化體,加上I. 2cm的傳輸皮帶，電可控氘氘微型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)、本發明利用最高效的鍺酸鉍探測器來採集核信息(鍺酸鉍探測器探測效率遠高於碘化鈉探測器和溴化鑭探測器，同時不易潮解，不受中子損傷)；5)、本發明緊鄰鍺酸鉍探測器設計了一種碳化硼熱中子吸收套，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鍺酸鉍探測器中心與電可控中子發生器的靶點偏心，偏心距離為15 16cm(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)、本發明設計塗硼MRPC熱中子探測器與電可控氘氘微型加速器分別位於傳輸帶的上下兩側，塗硼MRPC熱中子探測器的中心與電可控氘氚微型加速器的靶點的中心的連線垂直於傳輸帶並穿過傳輸帶的中心線。塗硼MRPC熱中子探測器主要用來中子測水，SP測量煤炭中的水分。


圖I為本發明透射式煤炭特性指標在線檢測裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。參照圖1，本發明透射式煤炭特性指標在線檢測裝置中，電可控氘氘微型加速器I產生的中子能量為14 17MeV，放置在特殊結構的鉛反射體2內，鉛反射體2用來倍增中子產額；鉛反射體2與傳輸皮帶18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；電可控氘氘微型中子發生器I放在傳輸帶下方，鍺酸鉍探測器5和塗硼MRPC熱中子探測器與呈透射並偏心布置，探測器中心和中子管靶點沿煤樣傳輸方向的距離為15 16釐米，鍺酸鉍探測器5外面緊包碳化硼熱中子吸收套10，該碳化硼熱中子吸收套是由30%的碳化硼與70%高密度聚乙烯聚合而成，碳化硼熱中子吸收套外面是一定厚度的鉛吸收套9 ;溫度控制系統8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4設有煤樣通道，傳輸皮帶18由煤樣通道穿過屏蔽防護體4，電可控氘氘微型中子發生器I產生的中子，通過慢化體3以及傳輸皮帶18慢化為熱中子，照射到穿過屏蔽防護11中間的皮帶上的煤樣上6，與煤樣6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11連接，放大器11將信號放大成型後通過電纜輸入多道分析器13，多道分析器13將採集到的能譜通過電纜輸入數據處理系統15，數據處理系統15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16，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16與遠程登錄系統17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，鍺酸鉍探測器5可以從探測器晶體生產廠商處購買，如Proteus, Inc.或Saint Gobain,電可控氣氣中子發生器I可與相關研發單位聯合攻關(現有的)，放大器自己開發也可購買，多道分析器13直接購買，如坎培拉公司的產品，鉛反射體2根據氘氚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I : I (總厚度是2. 2釐米，靠近中子發生器的是Icm的石墨，石墨上面是I. 2cm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30%的碳化硼和70%的聚乙烯聚合而成，厚度為O. 5 O. 6cm ;塗硼MRPC中子探測器7可以自主研發或者訂製。本發明的工作過程為將裝置直接安裝在傳輸皮帶18上，傳輸皮帶18穿過屏蔽防護體9，電可控氘氚中子發生器I在傳輸皮帶的下方，鍺酸鉍探測器5和塗硼MRPC熱中子探測器均在傳輸皮帶的上方，當傳輸皮帶18輸煤信號開始時，啟動電可控氘氘中子發生器I產生14 17MeV的中子，利用特殊結構的鉛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鍺酸鉍探測器5接收，熱中子被塗硼MRPC熱中子探測器7接收，這些特徵伽瑪信號被放大器12放大進入多道分析器11採集儲存，然 後送入數據處理系統14，利用數學分析方法對這些核信息進行解析，最後得到煤炭的主要核素成分，熱中子信號被放大器15放大進入計數器19，然後送入數據處理系統14，得到煤炭中的水分利用根據元素，水分與工業特性指標的對應關係，利用自主開發的工業特性分析軟體，將元素成分及水分轉變成工業特性指標，並通過工控機及顯示系統16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關鍵工業特性指標。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，本發明的保護範圍不限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，其特徵在於，檢測裝置與煤樣￠)的傳輸皮帶(18)安裝在一起，檢測裝置包括電可控氘氚微型加速器(I)、鉛反射體(2)、慢化體(3)、屏蔽防護體(4)、鍺酸鉍探測器(5)、塗硼MPRC熱中子探測器(7)、溫度控制系統(8)、鉛吸收套(9)、碳化硼吸收套(10)、放大器(11)和(12)、多道分析器(13)、計數器(14)、數據處理系統(15)、エ控機與數據顯示系統(16)以及遠程登錄系統(17)，屏蔽防護體(4)設有煤樣通道，傳輸皮帶(18)由煤樣通道穿過屏蔽防護體(4)，電可控氘氚微型加速器(I)、鉛反射體(2)、慢化體(3)均設置在屏蔽防護體(4)內且位於傳輸皮帶(18)下方，其中電可控氘氚微型加速器(I)設置在鉛反射體(2)內部，鍺酸鉍探測器(5)、溫度控制系統(8)、鉛吸收套(9)、碳化硼吸收套(10)、塗硼MPRC熱中子探測器(7)均設置在屏蔽防護體(4)內且位於傳輸皮帶(18)上方，鍺酸鉍探測器(5)、塗硼MPRC熱中子探測器(7)並排設置在傳輸皮帶(18)上方，慢化體(3)設置在鉛反射體(2)與傳輸皮帶(18)之間，溫度控制系統(8)安裝在鍺酸鉍探測器(5)的外売上，鍺酸鉍探測器(5)與溫度控制系統(8)共同設置在鉛吸收套(9)中，鍺酸鉍探測器(5)、溫度控制系統(8)與鉛吸收套(9)共同放置在碳化硼吸收套(10)中，鍺酸鉍探測器(5)與放大器(11)電連接，放大器(11)依次連接多道分析器(13)、數據處理系統(14)、エ控機與數據顯示系統(16)，溫度控制系統(8)的輸出連接エ控機與數據顯示系統(16)，塗硼MPRC熱中子探測器(7)與放大器(12)連接，放大器(12)依次連接計數器(14)、數據處理系統(14)、エ控機與數據顯示系統(16)，エ控機與數據顯示系統(16)與遠程登錄系統(17)通過電話線或者網線連接。
2.根據權利要求I所述的透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，其特徵在於，所述鍺酸鉍探測器(5)外設有碳化硼吸收套(10)和鉛吸收套(9)，所述碳化硼吸收套(10)由30%的碳化硼與70%高密度聚こ烯聚合而成，厚度為O. 5 O. 6cm。
3.根據權利要求I所述的透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，其特徵在於，所述電可控氘氚微型加速器(I)的靶點與鍺酸鉍探測器(5)中心沿皮帶方向的距離為15 16cm。
4.根據權利要求I所述的透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，其特徵在於，所述電可控氣氣微型加速器(I)的能量為14 17MeV,電可控氣氣微型加速器(I)周圍的鉛反射體(2)的壁厚為5cm,慢化體(3)由Icm厚的石墨和I. 2cm厚的耐磨聚こ烯慢化體(3)的總厚度為2. 2cm)，傳輸皮帶(18)厚度為I. 2cm。
全文摘要
本發明公開了一種透射式煤炭特性指標在線檢測裝置，利用電可控14～17MeV電可控氘氚微型加速器產生的中子，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，結合中子測水技術，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。
文檔編號G01N23/09GK102841106SQ201210339159
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者單卿, 凌永生, 黑大千 申請人:南京威測環保科技有限公司