专利名称：煤炭灰分测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用湮灭辐射法测量煤炭灰分的煤炭灰分析装置。
在现有技术中，传统双能γ射线方法利用γ射线与物质相互作用发生光电效应，其反应截面与物质的原子序数Z4～5成正比；而湮灭辐射法利用γ射线与物质相互作用发生电子对效应，测量正负电了湮灭辐射，其反应截面与物质的原子序数Z成正比；用双能γ射线的测量装置比用湮灭辐射法的测量装置的不确定度比低一个量级，且在煤炭灰分成分范围变化或湿度变化较大时测定灰分的精度太低。
本实用新型的目的是提供一种能连续测量煤炭灰分，且在煤炭灰分成分范围变化或湿度变化较大时测定不易受影响，测量的精度高的湮灭辐射法煤炭灰分测量装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案一种煤炭灰分测量装置，其特殊在于本装置由屏蔽体1、放射源2、NaI探头3、和吸收板4构成，所述放射源2设置于可伸缩装置5上，放射源2与NaI探头3之间设置屏蔽材料6；所述吸收板4设置于NaI探头3的前端。
上述放射源2采用60COγ射线。
上述NaI探头3还可采用高纯锗探头。
上述放射源2置于可伸缩装置5为可伸缩螺杆。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明
图1为本实用新型的结构示意图；图2为双能γ射线方法和湮灭辐射法的测量不确定度计算比较；图3为康普顿反散射峰和湮灭辐射峰多道能谱参见图1，本实用新型由屏蔽体1、放射源2、NaI探头3、吸收板4构成，所述放射源2设置于可伸缩装置5上，放射源2与NaI探头3之间设置屏蔽材料6；所述吸收板4设置于NaI探头3的前端。上述放射源2采用60COγ射线。上述NaI探头3还可采用高纯锗探头。上述放射源2置于可伸缩装置5为可伸缩螺杆。
本实用新型采用湮灭辐射法通过60COγ射线照射煤样，核技术测灰主要依据原煤中所含媒质(即可燃物主要是炭、氢，还有氧、氮)与矿物质(主要为硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠，其氧化物即为灰分)的等效原子数的差异。通过60COγ射线照射煤样，测出电子对引起的正电子湮灭辐射峰和康普顿反散射峰的强度来确定灰分，如图3。康普顿散射强度只与原煤的体密度有关，而正电子质湮灭γ射线既与体密度有关，又与物质的原子序数有关，当光子能量超过电子对的阈能(1.022MeV)时，康普顿散射的几率可近似认为正比于Zj/Aj，电子对产生的几率正比于∑Zj2Wj/Aj。其中Zj、Wj、Aj分别为原煤中第j组元素的原子序数、质量份额和原子量。煤的总质量衰减系数可用煤质和矿物质的质量衰减系数拟合。该方法的精度依赖于湮灭辐射的产额和煤灰之间的相关程度。我们对21种褐煤和21种Fe2O3含量大于10％杂煤进行了双能γ射线穿透法和湮灭辐射法的理论计算，由于产生的电子对截面只与Z2成正比，而不是像光电截面与z的4～5次方成正比，如图2所示，康普顿辐射法的不确定度约为双能Y射线穿透法的一半。
当需要测量煤炭灰分时，置于可伸缩的螺杆上放射源，可根据使用需要调节其伸缩程度。放射性本底测量达到国家标准。要求康普顿散射角大于120°[2]，这样1.3MeV的γ射线康普顿反散射能量小于0.27MeV。煤样置于铝容器盒中，30种媒样每种至少取样两次，每种煤样约40kg，通过调整，达到统一的几何条件。
采用7.4GBq60Coγ放射源，每种煤样测量5min。测得的多道能谱如图3所示。用241Am(60keV)、137Cs(662keV)进行能量刻度。0.511MeV湮灭辐射峰的净计数率y为感性区(457～569keV)的计数率减去感性区(574～681keV)的计数率的1.2倍，因子1.2是0.511MeV湮灭辐射峰的本底的斜率。康普顿计数率为170keV以上的累计计数率k。灰分(ASH)可通过下式拟合得到ASH＝ak＋by＋c。a、b、c是最小二乘法拟合的常数。由a、b、c及测定的未知煤样的k、y值，即可求出其煤灰分含量、发热量。
为验证其测量精度，既要满足系统的标定，也要采集并制样，精确测定煤样的灰分比例。为此需收集全国备地不同的煤样进行试验，共测量了30种不同产地的煤样，灰分变化范围从9％～46％，要求采样的煤颗粒块径小于20mm，这在前端分流采样时得到实现。由于装置测量煤灰是利用γ射线与物质相互作用性质的一种间接测量方法。这种方法是否可靠，必须通过常规的灼烧灰分的化学测灰法作为刻度。化学测灰法要求对测量煤样充分搅拌，而后缩分到10kg，将这10kg煤继续缩分，大小缩制到1mm，120g，化验出灰分。保证均方不确定度小于0.1％。
我们在精确理论模拟和实验的基础上研制了一套灰分测量系统。本实用新型采用先进的核测量技术、计算机控制技术，能快速的测量出煤炭的灰分值、发热量等重要的指标，系统体积小，采用全自动微机管理操作，安装、使用、维护非常方便。该系统对合理利用煤炭资源具有很好的经济效益和社会效益。
本实用新型的自动化测量要求在屏幕上尽量少提示中间过程，主要给出煤灰灰分和密度即可，为方便起见，我们采用汇编语言程序来控制整个测量过程，其中还包括用汇编调用处理拟合灰分的FORTRAN程序。汇编语言具有运行速度快、与操作系统接口方便，可直接调用高级语言模块等特点。软件带有放射性活度衰减较正功能，整套软件自带汉字库，用户可根据需要随时展开和压缩所用的有关文件，通过磁盘安装后，进入用户自设的子目录，软件不能被拷贝，具有很好的保密性。
本实用新型相对于现有技术，其优点如下1、本实用新型对高Z元素，如Fe、Ca灵敏度低，可以在煤炭灰分成分范围变化较大时测定灰分，精度较其它方法高，因而可广泛用于火力发电厂、选煤厂、煤矿、炼焦厂等大量使用精煤、原煤的单位，特别适用于煤炭种类繁多、煤炭灰分成分变化较大的进炉煤监测。
2、本实用新型对湿度变化不灵敏，水分变化7％以下，对灰分测量影响可以忽略。
3、本实用新型可以快速连续地进行非接触测量，能适应煤炭工业恶劣环境的特点。
4、本实用新型可分析煤层较厚(大于30cm)的煤灰分含量。
5、本实用新型成本低，既能节约能源，节约资金，又能减少污染。
权利要求1.一种煤炭灰分测量装置，其特征在于本装置由屏蔽体(1)、放射源(2)、NaI探头(3)、吸收板(4)构成，所述放射源(2)设置于可伸缩装置(5)上，放射源(2)与NaI探头(3)之间设置屏蔽材料(6)；所述吸收板(4)设置于NaI探头(3)的前端。
2.根据权利要求1所述的煤炭灰分测量装置，其特征在于上述放射源(2)采用60COγ射线。
3.根据权利要求1所述的煤炭灰分自动测量装置，其特征在于上述NaI探头(3)还可采用高纯锗探头。
4.根据权利要求1或2所述的煤炭灰分测量装置，其特征在于上述放射源(2)置于可伸缩装置(5)为可伸缩螺杆。
专利摘要本实用新型涉及一种使用湮灭辐射法的煤炭灰分测量装置。现有的煤炭灰分测量装置传统双能γ射线方法,因而且在煤炭灰分成分范围变化或湿度变化较大时,测量的精度低;本实用新型由屏蔽体、放射源、NaI探头、和吸收板构成,所述放射源采用
文档编号G01N23/20GK2476814SQ0121315
公开日2002年2月13日 申请日期2001年4月4日 优先权日2001年4月4日
发明者郭红霞, 林东升, 周辉 申请人:西北核技术研究所