CN101603929B - 输送带上煤炭成分实时检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输送带上煤炭成分实时检测装置，包括设置在输送带上方的上中子源和上伽玛射线探测器以及设置在输送带下方的下中子源和下伽玛射线探测器；所述上中子源和上伽玛射线探测器固定在上铅块座上，所述下中子源和下伽玛射线探测器固定在下铅块座上；所述上铅块座和下铅块座外设有屏蔽层；所述上中子源与所述下伽玛射线探测器正对，所述下中子源与所述上伽玛射线探测器正对；所述上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器依次与伽玛能谱分析器，煤炭元素分析处理器以及煤炭工业分析处理器连接。该装置可以适应煤种变化、适应输送带上煤层厚度和形状的变化，在工业现场保持稳定的检测性能指标。
Description
技术领域
本发明属于一种自动化检测技术和核探测技术领域，具体涉及一种输送带上煤炭成分实时检测装置。
背景技术
煤炭成分快速检测技术主要有X荧光煤炭元素分析技术、激光感生光谱技术、双能伽玛分析技术和中子瞬发伽玛射线分析技术等。X荧光煤炭元素分析技术有效的元素测量范围为11号元素(Na)到92号元素(U)，而且对煤炭粒度和厚度有严格要求，更多应用于实验室环境。激光感生光谱技术检测煤炭需要取样和制样，而且光路易受污染，并不能直接对输送带上的原煤进行检测。双能伽玛分析技术不能检测原煤的元素成分，只能检测总灰分的含量，而且检测精度受原煤成分变化的影响。中子瞬发伽玛射线分析技术是当前可在线快速检测原煤的可行技术。
在中子瞬发伽玛射线在线分析煤炭成分领域内，直接检测输送带上原煤成分的优点最多，可以取消采样和制样，摒弃采制样误差，同时也是要求最高，受影响因素最多的一种情况，如煤炭颗粒变化、煤层厚度变化和煤层表面形状不规则等对测量精度均产生影响。目前，像Gamma-Metrics、SODERN、Scantech等设备的透射式检测系统的检测精度受煤层厚度和煤层表面形状的影响较大，而散射式检测系统在煤层较薄时存在较大误差，在煤层较厚时又不能检测全断面的煤炭，单纯透射式检测和单纯散射式检测，煤层断面不均匀性使得各部分煤炭在检测中的权重是不同的，从而也对测量精度产生较大影响。
运用中子瞬发伽玛射线在线分析技术可以直接检测出煤炭中各元素C、H、N、S、Si、Al、Ca、Fe、Ti、Na、K、Mg、Cl等的含量，但在工业应用中，人们更关心和需要的是煤炭的工业特性指标，如发热量、灰份、水分、挥发份、灰成份、灰熔点等。现行情况均是依据工业特性指标与各元素的相关性建立一个工业特性指标的多元回归模型，从而实现工业特性指标的在线分析。问题是，这种模型都有一个煤种适应范围，煤种变化后原模型的误差将显著增大，并不适合要经常切换煤种的用户需要(如大多数燃烧混煤的发电厂)。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，为提高煤炭元素测量精度和煤炭工业分析精度，提供一种输送带上煤炭成分实时检测装置。
技术方案：本发明公开了一种输送带上煤炭成分实时检测装置，包括设置在输送带上方的上中子源和上伽玛射线探测器以及设置在输送带下方的下中子源和下伽玛射线探测器；所述上中子源和上伽玛射线探测器固定在上铅块座上，所述下中子源和下伽玛射线探测器固定在下铅块座上；所述上铅块座和下铅块座外设有屏蔽层；所述上中子源与所述下伽玛射线探测器正对，所述下中子源与所述上伽玛射线探测器正对；所述上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器依次连接伽玛能谱分析器，煤炭元素分析处理器以及煤炭工业分析处理器；
所述伽玛能谱分析器用于对上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器的信号进行放大、滤波和数字化处理形成复合伽玛能谱；
所述煤炭元素分析处理器用于分析煤炭中各种元素的含量；
煤炭工业成分分析器用于分析煤炭发热量、灰份、挥发份、全水份、内水份、灰成份、灰熔点特性。
本发明中，优选地，所述上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器为NaI探测器。
本发明中，优选地，所述上伽玛射线探测器与上中子源间距为300～400mm。
本发明中，优选地，所述下伽玛射线探测器与下中子源间距为300～400mm。
本发明中，优选地，所述上中子源和下中子源为同位素中子源锎252Cf，工作质量为5～20μg，上、下中子源锎的质量相同。
本发明中，优选地，所述屏蔽层为高密度聚乙烯板包围的屏蔽层。
本发明中，优选地，所述煤炭工业分析处理器与一水分检测器连接。
有益效果：本发明的装置能够安装在煤炭开采、洗煤、配煤、煤炭装车装船、火电厂入厂煤、火电厂入炉煤等场合的传输输送带上，无需取样和制样，可准确快速检测输送带上煤炭中的C、H、N、S、Si、Al、Ca、Fe、Ti、Na、K、Mg等元素的含量，在线分析发热量、灰份、灰成份、挥发份、全水分、内水分、灰熔点等工业成分。由于装置设计是采用双中子源和双探测器错位对称布置方式，构建出高精度的透射-散射复合式检测系统，元素检测精度可不受煤块粒度和煤层厚度及煤层表面形状的影响；由于其建立了基于煤质特性数据库的多个辨识模型，工业分析指标精度不受煤种变化的影响，在更换煤种时无须重新标定，装置在工业应用中可长期保持稳定的性能指标。本发明可为煤炭开采、商品煤的生产和煤炭使用提供及时准确的煤质数据，有助于提高资源利用率和能源使用效率。
附图说明
下面结合图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明输送带上煤炭成分实时检测装置的系统组成方框图。
图2为煤炭元素分析性能表。
图3为煤炭工业分析性能表。
具体实施方式：
如图1所示，本发明所述的输送带上煤炭成分实时检测装置直接安装在工业现场，与输送带1上的待测煤炭2非接触。检测传感器包括激发信号的上、下中子源3a、3b和上、下伽玛射线探测器4a、4b，成错位对称安装在输送带的正上方和正下方，构建出高精度的透射-散射复合式检测系统，即：输送带上方的上中子源3a与输送带下方的下伽玛射线探测器4b的连线，输送带上方的上伽玛射线探测器4a与输送带下方的下中子源3b的连线均垂直于输送带。输送带上方的上中子源3a与输送带上方的上伽玛射线探测器4a构成一个散射式检测系统，而输送带上方的上中子源3a与输送带下方的下伽玛射线探测器4b同时又构成了一个透射式检测系统。同样的，输送带下方的下中子源3b与输送带下方的下伽玛射线探测器4b也构成一个散射式检测系统，输送带下方的下中子源3b与输送带上方的上伽玛射线探测器4a又构成了一个透射式检测系统。
如此设计检测传感器融洽了透射式检测系统和散射式检测系统的优点，使装置具有稳定的检测性能，不受煤炭颗粒和煤层厚度及煤层表面形状的影响；同时也增加了系统的容错性能，一个中子源或探测器损坏只是降低系统的一些性能指标，系统仍可正常工作。
上中子源3a与上伽玛射线探测器4a组合安装在输送带上方的上铅块座5a上，输送带下方的下中子源3b与下伽玛射线探测器4b组合安装在输送带下方的下铅块座5b上，上铅块座5a和下铅块座5b外部是由高密度聚乙烯板包围的屏蔽层6，确保屏蔽层外的辐射剂量符合国家相关的标准。
上、下中子源和上、下伽玛射线探测器的安装机构都是活动式的，可方便地进行安装和退出。上、下中子源为同位素中子源锎252Cf，上、下中子源锎252Cf的质量相同，正常工作时为5～20μg，由于锎252Cf半衰期为2.6年，故每2.6年要补充一半的锎252Cf进去。锎252Cf发出的中子与煤炭中各元素的原子核发生热中子俘获反应，放出与元素种类相对应的特征伽玛射线。上、下伽玛射线探测器为NaI闪烁体探测器，探测表征煤炭中各元素成分的特征伽玛射线，经过一定前置处理后将信号输出至伽玛能谱分析器8。
伽玛能谱分析器8是基于数字信号处理DSP芯片的核电子电路，与上、下伽玛射线探测器相连，从上、下伽玛射线探测器接收信号，进行放大、滤波和数字化处理，形成复合伽玛能谱信号，传送给煤炭元素分析处理器9。
煤炭元素分析处理器9是一台基于Linux操作系统的工业控制机，从伽玛能谱分析器8接收数字化的伽玛能谱信号，经过能谱校正、寻峰和解谱运算后，获得煤炭中各组成元素C、H、N、S、Si、Al、Ca、Fe、Ti、Na、K、Mg、Cl等的含量。在线获得的煤炭元素成分含量可以直接向用户系统DCS或SIS提供，或作为分析煤炭工业成分指标的基础数据，传送到煤炭工业分析处理器9。
煤炭工业分析处理器9的主要功能就是在实时获得煤炭元素含量数据的基础上，在线分析煤炭的工业成分指标，如发热量、灰份、挥发份、全水份、内水份、灰成份、灰熔点等。煤炭工业分析处理器9是一台基于Windows NT操作系统的工业控制机，与煤炭元素分析处理器相连。本发明是在煤质特性数据库的支撑下，针对煤种的聚类分析，即建立若干个煤质工业分析指标与元素成分的多元回归模型，分别适用于特定类别的煤种，依据煤炭元素分析的实时数据，系统可自动辨识其煤炭类别，以与该类别煤炭相对应的多元回归模型进行煤炭工业成分的在线分析，从而较没有煤质特性数据支撑，用单一模型进行煤质工业分析显著提高了分析精度。
本发明中为了获得高精度的煤炭工业成分指标，煤炭工业分析处理器9还与水分检测器7和煤质特性数据库10相连。
水分检测器7应用微波水分仪在线检测煤炭外水分，并输出至煤炭工业分析处理器，便于煤炭工业分析处理器9从煤炭全水分中分辨出内水分和外水分，据此可实现煤炭工业分析指标收到基、空干基、干燥基等各种“基”的变换。
煤质特性数据库10汇集了我国煤炭各主要产地各大煤矿煤炭元素成分和工业成分的大量基础数据。煤炭工业分析处理器9在煤质特性数据库10的支撑下，针对煤种进行聚类分析，即可建立若干个煤质工业分析指标与元素成分的多元回归模型，分别适用于特定类别的煤种，依据煤炭元素分析的实时数据，煤炭工业分析处理器9可自动辨识其煤炭类别，以与该类别煤炭相对应的多元回归模型进行煤炭工业成分的在线分析，从而可显著提高煤炭工业分析指标的分析精度，在更换煤种时，也无须对系统重新标定，始终保持稳定的性能。
本发明中，所述的水分检测器7、伽玛能谱分析器8、煤炭工业分析处理器9、煤质特性数据库10以及煤炭工业分析处理器11均为本领域较为通用的产品或软件部分，本发明最为核心的部分在于上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器以及上中子源和下中子源的设计，保证了整个检测设备的测量精度。
如图2，为本发明装置经过测试和试验，其元素成分在线检测可达到的性能指标。
如图3，为本发明装置经过测试和试验，其工业成分在线检测可达到的性能指标。
本发明提供了一种输送带上煤炭成分实时检测装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种输送带上煤炭成分实时检测装置，其特征在于，包括设置在输送带上方的上中子源(3a)和上伽玛射线探测器(4a)以及设置在输送带下方的下中子源(3b)和下伽玛射线探测器(4b)；所述上中子源(3a)和上伽玛射线探测器(4a)固定在上铅块座(5a)上，所述下中子源(3b)和下伽玛射线探测器(4b)固定在下铅块座(5b)上；所述上铅块座(5a)和下铅块座(5b)外设有屏蔽层(6)；所述上中子源与所述下伽玛射线探测器正对，所述下中子源与所述上伽玛射线探测器正对；所述上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器依次与伽玛能谱分析器(8)、煤炭元素分析处理器(9)以及煤炭工业分析处理器(11)连接；
所述伽玛能谱分析器(8)用于对上伽玛射线探测器和下伽玛射线探测器的信号进行放大、滤波和数字化处理形成复合伽玛能谱；
所述煤炭元素分析处理器(9)用于分析煤炭中各种元素的含量；
煤炭工业成分分析器(11)用于分析煤炭发热量、灰份、挥发份、全水份、内水份、灰成份、灰熔点特性；
所述上伽玛射线探测器(4a)和下伽玛射线探测器(4b)为NaI探测器；
所述上中子源和下中子源为同位素中子源锎252Cf，质量为5～20μg。
2.根据权利要求1所述的输送带上煤炭成分实时检测装置，其特征在于，所述上伽玛射线探测器与上中子源间距为300～400mm。
3.根据权利要求1所述的输送带上煤炭成分实时检测装置，其特征在于，所述下伽玛射线探测器与下中子源间距为300～400mm。
4.根据权利要求1所述的输送带上煤炭成分实时检测装置，其特征在于，所述屏蔽层(6)为高密度聚乙烯板包围的屏蔽层。
5.根据权利要求1所述的输送带上煤炭成分实时检测装置，其特征在于，所述煤炭工业分析处理器与一水分检测器(7)连接。
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- 2009-07-16 CN CN200910181428XA patent/CN101603929B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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Also Published As
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