《電站入爐煤成分線上分析裝置》是陸厚平於2000年12月13日申請的專利，該專利的申請號為002619490，公告號為CN2453436，公告日為2001年10月10日，發明人是陸厚平。
《電站入爐煤成分線上分析裝置》由殼體、多道譜儀、中子發生器、γ射線探測器組成，殼體底座為一平板體，表面設有與傳送皮帶下皮帶相配合的通道槽，殼體前、後箱體與底座為可拆卸連線，其內對應傳送皮帶上皮帶位置均開有凹槽，在殼體內對應上皮帶通過的位置設有中子發生器和γ射線探測器，且在中子發生器外套裝有漫化體套，緊密結合為一體，對應殼體內中子發生器及其漫化體套和γ射線探測器位置均設有防護材料禁止層，殼體內還設有供γ射線探測器使用的液氮罐和檢測γ射線的多道譜儀。
2005年，《電站入爐煤成分線上分析裝置》獲得第四屆江蘇省專利項目獎銀獎。
（概述圖為《電站入爐煤成分線上分析裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電站入爐煤成分線上分析裝置
- 公告號：CN2453436
- 公告日：2001年10月10日
- 申請號：002619490
- 申請日：2000年12月13日
- 專利權人：陸厚平
- 地址：江蘇省南京市江寧經濟技術開發區西門子路61－68號
- 發明人：陸厚平
- 分類號：G01N23/22、G01N23/222
- 類別：實用新型專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2000年12月前，由於煤質成分複雜多變，多年來一直採用採樣、化驗的手工分析方法檢測煤質成分。由於取樣代表性差、分析速度嚴重滯後等問題，這種分析方法不能滿足工業生產的需求。近年來，隨著計算機技術的發展，出現了新一代的快速煤質分析儀。快速煤質分析儀只是在數據處理方面用計算機取代了人工，沒有從根本上解決採樣代表性差以及分析速度慢的問題。因此，由於缺少必要的煤質成分線上檢測手段，中國火電廠每年盲目燃燒近15億噸的燃料，除了燃燒效率低下導致嚴重的浪費外，還對大氣環境造成了嚴重的污染。因此，煤質成分線上分析裝置一直是業內人士追求的目標。
20世紀80年代初期，出現了新一代的煤質成分線上分析裝置。該裝置放棄了傳統的物理、化學分析方法，轉而採用核分析方法。該方法採用同位素放射源如Cf、Am-Be或Cs等作為信號產生端，採用NaI探測器、Ge（Li）探測器或者BGO探測器作為信號接受端，通過檢測特徵射線信號實現元素種類的判別，通過檢測到的特徵信號的數量實現元素含量的分析。其典型代表為中子俘獲瞬發γ射線線上分析技術，該技術採用Cf作為放射源，以Ge（Li）探測器作為信號接收端，從主輸煤皮帶上取下部分煤樣，經過流料槽整形後進行測量分析。該方法的分析周期一般為10～15分鐘，煤樣的分析速度提高；主煤流的1/3至1/2通過流料槽進行分析，提高了取樣的代表性問題。但由於Cf放射出的中子能量低，平均只有2．2MeV，因此只能利用中子俘獲反應分析煤中的部分元素如Fe、Ca、Al、Si、H及S等，煤中的主要元素如碳C、氧O等無法進行分析。因此，2000年12月前已有的以中子俘獲瞬發γ射線線上分析技術為基礎的煤質成分線上分析裝置不能實現煤質的全元素分析。除此以外，雖然上述裝置在很大程度上提高了煤樣的代表性以及分析速度問題，但是仍然不能滿足工業生產的需求，如輸煤流量為700噸/小時時，至少還有350噸/小時的燃料沒有進行分析。
發明內容
專利目的
《電站入爐煤成分線上分析裝置》的目的就是為了解決上述問題，提供一種分析速度快，煤樣代表性高，可實現煤質的全元素線上分析的電站入爐煤成分線上分析裝置。
技術方案
《電站入爐煤成分線上分析裝置》其特徵在於它由殼體、多道譜儀、中子發生器、γ射線探測器組成，殼體是由底座和前、後兩側箱體構成，底座為一平板體，它的表面設有與傳送皮帶下皮帶相配合的通道槽，前、後箱體與底座為可拆卸連線，其內對應傳送皮帶上皮帶位置均開有凹槽，使得它們組合在底座上時兩凹槽形成與上皮帶相配合的輸送通道槽，在殼體內對應上皮帶通過的位置設有中子發生器和γ射線探測器，且在中子發生器外套裝有漫化體套，它們緊密結合為一體，對應殼體內中子發生器及其漫化體套和γ射線探測器位置均設有防護材料禁止層，殼體內還設有供γ射線探測器使用的液氮罐和檢測γ射線的多道譜儀。
該實用新型利用中子發生器產生的高能中子與原子核發生非彈散射反應放射出的特徵γ射線對煤中的碳C、氧O元素進行分析；部分高能中子經過特製的慢化體慢化成熱中子後，利用熱中子與原子核發生的熱中子俘獲反應放射出的特徵γ射線對煤中的部分金屬元素如Fe、Ca、Al及Mg等，以及部分非金屬元素如Si、S、H及N等進行分析。該實用新型將快中子非彈散射反應和熱中子俘獲反應結合起來，實現煤質的全元素線上分析。
該實用新型經過大量的試驗研究和理論計算，放棄了傳統的取樣到流料槽、保證測量條件的設計方式。而將該實用新型的裝置跨在主輸煤皮帶上，且所有影響因素通過自校正模型進行自動校正，從而實觀直接在輸煤皮帶上對全煤流進行線上檢測。該實用新型的整套裝置由自行研製的防護材料構成，達到國家規定的計量防護要求。慢化體經過嚴密的理論計算，採用特殊的加工工藝製造，保證活化反應需要的合適的熱中子和快中子比。該實用新型直接跨在輸煤皮帶上，其中子發生器置於輸煤皮帶下方，探測器置於輸煤皮帶上方。中子發生器發射出的高能中子，部分直接與煤中的元素髮生非彈反應，部分高能中子經過慢化體慢化成熱中子後與煤中的元素髮生俘獲反應。杜瓦瓶內裝有液氮，給探測器提供一個超低溫的工作環境。監控儀表對測量條件進行監測與控制，保證系統可靠、穩定的運行。為保護探測器免受快中子輻照損傷，在探測器前端裝有防護套。俘獲反應與非彈反應產生的脈衝信號在探測器內經放大後，被送到多道譜儀進行分析處理。該實用新型將中子俘獲反應和快中子非彈散射反應相結合，實現煤質的全元素線上分析。由於是對全煤流進行線上檢測分析，故避免了取樣的代表性問題；分析周期為10分鐘，的提高了分析速度，為電力生產的自動控制提供了大量的信息。由於該實用新型可如實時獲取煤質成分信息，則通過調整燃燒，提高鍋爐燃燒效率，降低煤耗，每年可節約200萬元；實時獲取煤質成分線上信息，通過合理的混配高硫煤和低硫煤，控制SO2排放量，達到環保要求，每年可至少節約100萬元。
改善效果
（1）利用14MeV的高能中子與原子核發生的非彈散射反應，對煤中的碳元素、氧元素進行定量檢測分析。
（2）部分高能中子經過慢化體被慢化成熱中子，利用熱中子俘獲反應對煤中的部分金屬元素如Fe、Al、Ca以及部分非金屬元素如S、H、N及Si的定量分析。
（3）採用中子發生器作為中子源，將熱中子俘獲反應和快中子非彈散射反應相結合，實觀煤質全元素成分的線上分析。
（4）《電站入爐煤成分線上分析裝置》裝置跨在主輸煤皮帶上，直接對全煤流進行線上檢測分析，避免了取樣的代表性問題。
（5）該實用新型裝置檢測分析周期為10分鐘。
（6）經過科學的計算與試驗，採用自行研製的慢化體保證測量要求的快中子和熱中子比。
附圖說明
圖1是《電站入爐煤成分線上分析裝置》的結構示意圖。
圖1
權利要求
1、《電站入爐煤成分線上分析裝置》其特徵在於它由殼體、多道譜儀、中子發生器、γ射線探測器組成，殼體是由底座和前、後兩側箱體構成，底座為一平板體，它的表面設有與傳送皮帶下皮帶相配合的通道槽，前、後箱體與底座為可拆卸連線，其內對應傳送皮帶上皮帶位置均開有凹槽，使得它們組合在底座上時兩凹槽形成與上皮帶相配合的輸送通道槽，在殼體內對應上皮帶通過的位置設有中子發生器和γ射線探測器，且在中子發生器外套裝有漫化體套，它們緊密結合為一體，對應殼體內中子發生器及其漫化體套和γ射線探測器位置均設有防護材料禁止層，殼體內還設有供γ射線探測器使用的液氮罐和檢測γ射線的多道譜儀。
2、按權利要求1所述的電站入爐煤成分線上分析裝置，其特徵在於所述前、後箱體與底座或是槽結構插接連線，或是螺栓螺母連線。
3、按權利要求1所述的電站入爐煤成分線上分析裝置，其特徵在於在殼體內對應傳遞皮帶上皮帶下面位置設有中子發生器，而在殼體內對應上皮帶上面位置設有γ射線探測器，該探測器與液氮罐相連，上述部件均設定在殼體內的一側空腔內，且該空腔內填有由防護材料板組成的多層禁止層，在殼體內另一側空腔設定有多道譜儀，它們輸入信號端與γ射線探測器的輸出信號端相連，在殼體上還設有監控儀表。
4、按權利要求1所述的電站入爐煤成分線上分析裝置，其特徵在於漫化體套由有機材料製成。
5、按權利要求1所述的電站入爐煤成分線上分析裝置，其特徵在於防護材料禁止層由石臘、聚乙烯或鉛、鐵等金屬材料製成。
6、按權利要求1所述的電站入爐煤成分線上分析裝置，其特徵在於在γ射線探測器外圍套裝有由防中子材料組成的防護套。
實施方式
如圖1所示，《電站入爐煤成分線上分析裝置》由殼體1、多道譜儀2、中子發生器3、γ射線探測器4組成，殼體1是由底座5和前、後兩側箱體6、7構成，底座5為一平板體，它的表面設有與傳送皮帶下皮帶8相配合的通道槽，前、後箱體6、7與底座5為可拆卸連線，其內對應傳送皮帶上皮帶9位置均開有凹槽，使得它們組合在底座5上時兩凹槽形成與上皮帶9相配合的輸送通道槽10，在殼體1內對應上皮帶9通過的位置設有中子發生器3和γ射線探測器4，且在中子發生器3外套裝有漫化體套11，它們緊密結合為一體，對應殼體1內中子發生器3及其漫化體套11和γ射線探測器4的位置均設有防護材料禁止層12，殼體1內還設有供γ射線探測器4使用的液氮罐13和檢測γ射線的多道譜儀2。
該實用新型中，前、後箱體6、7與底座5可以是槽結構插接連線，也可是螺栓螺母連線。它們最好採用金屬材料製成。
該實用新型在殼體1內對應傳遞皮帶上皮帶9下面位置設有中子發生器3，而在殼體1內對應上皮帶9上面位置設有γ射線探測器4（如採用碘化鈉或高純鍺或BGO的γ射線探測器），該探測器4與液氮罐13相連，以保證探測器在低溫下工作。上述部件最好均設定在殼體1內的一側空腔內，且該空腔內填有由防護材料板組成的多層禁止層12，在殼體1內另一側空腔設定有多道譜儀2（如DSPEC-2000數位化譜儀），它們輸入信號端與γ射線探測器4的輸出信號端相連。在殼體1上還可設有監控儀表14，以對煤層厚度、中子發生通量、環境溫度和濕度、液氮罐內的液氮量進行監測和控制。
該實用新型防護材料禁止層12可由石臘、聚乙烯或鉛、鐵等金屬材料製成，它用來防止中子和γ射線輻射出去。
在γ射線探測器4外圍最好套裝有由防中子材料組成的防護套15，它用來防止中子損傷探測器的探頭。
使用時，該實用新型可現場安裝，只需將底座5安置在地面（如高度不夠，可連線支腿），使傳送皮帶的下皮帶8從底座5通道槽通過，然後再將前、後箱體6、7連線到底座5上，使上皮帶9正好從它們之間的輸煤通道槽10通過，且該輸煤通道槽10留有足量的輸煤空間。為了提高防護效果，可在殼體1外再罩裝一大罩殼。
工作時，燃料原煤16通過傳送皮帶傳送，當通過該實用新型的殼體1時，中子發生器3發出的中子，部分被其漫化體套11漫化，使其變為低能量的熱中子，則沒有漫化的高能量快中子和漫化的低能量熱中子同時作用到所通過煤流上，它們就與原煤燃料16中的各種元素髮生快中子非彈散射反應和熱中子俘獲反應，放射出不同特徵的γ射線，並由γ射線探測器4接收，然後送至多道譜儀2，多道譜儀2根據不同特徵γ射線的能量和數量進行煤質元素的種類判別和元素含量的分析，即可實現煤質全元素成份的快速線上分析。
榮譽表彰
2005年，《電站入爐煤成分線上分析裝置》獲得第四屆江蘇省專利項目獎銀獎。
