CN104569021A - 一种无源煤炭灰分测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种无源煤炭灰分测量装置，包括设在待测煤炭上方的铅屏蔽罩；待测煤炭下方设有天线，天线通过低噪声探测器与光电转换器相连；光电转换器通过放大器与信号处理器相连；信号处理器通过数据传输装置与终端机相连；测量步骤为：低噪声探测器接收来自待测煤炭中放射源发出的天然γ射线；将低噪声探测器接收到的天然γ射线信号传给光电转换器进行A/D转换；经转换后的信号进入放大器进行能级分析；经过放大器能级分析后的信号进入数据处理器进行处理，具体如何处理；将信号处理器处理过的结果通过数据传输装置送至终端机显示；具有在线安全、快速测量的特点。

Description

一种无源煤炭灰分测量装置及其方法

技术领域

本发明属于灰分测量技术领域，具体涉及一种无源煤炭灰分测量装置及其方法。

背景技术

煤灰分是煤在一定温度下充分燃烧后，剩余部分的百分重量。灰分与煤的发热量密切相关，是煤质评定和销售定价的主要依据之一。焦碳中灰分每升高1％，将导致炼铁时焦比增加2％-2.5％，高炉单产降低2.5％-3％，炉渣增加2.7％-2.9％。常规的灼烧测灰方祛，因工序繁，得出结果的滞后时间长，不能满足随时监测的需要，因此，生产中很需要煤灰分在线快速测量手段，以便能随时监测灰，及时调节工艺参数和决定配仓操作。

目前，煤灰分测量的常用方法有马弗炉灼烧法以及双能γ射线吸收法，其中以双能γ射线吸收法在工业现场用的最多、最广。其实现方式是，采用两个同位素放射源Am241和Cs137分别发出的低能和中能γ射线照射皮带上的煤炭，然后在皮带的另一侧，接收投射煤炭后的射线。由于煤炭中的不同物质对该两种能量的射线的吸收效率不同，特别是煤炭中的重元素对Am241发出的低能γ射线的吸收效率要远大于煤炭中的其他轻元素，因此可以根据比较两种射线投射煤炭前、后的强度变化，就可以分析得到煤炭的灰分值。但是，双能γ射线吸收法存在射线源的安全性差，一旦丢失或泄露射线源，会对环境或人身造成较大危害，因此射线源必须接受严格管理，在应用中需要每年为此支付较大费用；并且双能Г射线吸收法易受煤层厚度变化(流量变化)、堆积形状变化、煤层重量差别，影响煤灰分测量准确度。马弗炉灼烧法的优点是价格便宜，准确度高，但其测量时间长达数小时，效率低下，难以适应现代化生产现场。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无源煤炭灰分测量装置及其方法，用煤炭自身的天然射线发射进行灰分测量；2)测量是无外加辐射的；采用低噪声探测器及光电倍增管和数字信号处理器构成测量硬件；基于数字信号处理器实现测量的方法；具有在线安全、快速测量的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无源煤炭灰分测量装置，包括设在待测煤炭上方的铅屏蔽罩；待测煤炭下方设有天线，天线通过低噪声探测器与光电转换器相连；光电转换器通过放大器与信号处理器相连；信号处理器通过数据传输装置与终端机相连。

所述的低噪声探测器采用超声波探头。

所述的铅屏蔽罩的作用是减少来自宇宙的地球本身的射线辐射，主要接受来自待测煤样的射线。

一种无源煤炭灰分测量方法，包括以下步骤：

步骤1，低噪声探测器接收来自待测煤炭中放射源发出的天然γ射线；

步骤2，将低噪声探测器接收到的天然γ射线信号传给光电转换器转换为电信号；

步骤3，经步骤2转换后的电信号进入放大器放大，然后进行A/D转换；

步骤4，经过A/D转换的信号由DSP芯片处理，具体处理流程首先进行自适应滤波处理，去除信号频率范围之外的噪声和干扰，然后对不同能量的γ射线离子产生的脉冲进行能级分析，然后统计各能级计数量和总脉冲计数量。

步骤5，将信号处理器处理过的结果通过数据传输装置送至终端机显示。

本发明的有益效果是：

本发明通过对煤碳中自身含有的放射性核素进行测量来得到灰分信息。放射性核素在自然界中普遍存在，岩石和土壤中都有一定量的天然放射性元素(如铀、钍和钾等)。煤碳也不例外，并且燃煤中的矿物质(灰分)比有机质(挥发分)含有更多的放射性元素。这些放射性元素可以认为是一些微小的放射源，当它们发射的天然γ射线与周围物质(如煤中的矿物质和有机质)相互作用时，天然γ射线的能量就向低能方向聚集，从而形成“低能峰”，这种“低能峰”的谱线形状和峰面积与煤的成分构成有关，亦即与煤中具有的不同有效原子序数的元素分布状态有关。利用这一信息，可对煤碳灰分含量进行快速监测。将天然放射性信息与煤量信号相结合，可使燃煤在线灰分监测的置信度进一步提高。

因煤量的大小对γ射线辐射量有直接影响，本发明利用超声波探头对输送带进行全横断面测量，提高灰分测量值精确度。

由于煤炭中天然放射性射线的含量很低，因此需要高灵敏度、低噪声的γ射线探测组件，结合良好的结构设计，屏蔽掉来自自然环境的辐射，结合数字处理算法，本发明所述装置使测量煤中的天然放射性确定煤炭灰分变得可行。

附图说明

图1为本发明测量装置的原理框图。

图2为本发明的数字信号处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，一种无源煤炭灰分测量装置，包括设在待测煤炭上方的铅屏蔽罩；待测煤炭下方设有天线，天线通过低噪声探测器与光电转换器相连；光电转换器通过放大器与信号处理器相连；信号处理器通过数据传输装置与终端机相连。

参见图2，一种无源煤炭灰分测量方法，包括以下步骤：

步骤1，低噪声探测器接收来自待测煤炭中放射源发出的天然γ射线；

步骤2，将低噪声探测器接收到的天然γ射线信号传给光电转换器转换为电信号；

步骤3，经步骤2转换后的电信号进入放大器放大，然后进行A/D转换；

步骤4，经过A/D转换的信号由DSP芯片处理，具体处理流程首先进行自适应滤波处理，去除信号频率范围之外的噪声和干扰，然后对不同能量的γ射线离子产生的脉冲进行能级分析，然后统计个能级计数量和总脉冲计数量。

步骤5，将信号处理器处理过的结果通过数据传输装置送至终端机显示。

本发明还可有其他多种实施例，可用于煤炭在线及离线的灰分检测。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种无源煤炭灰分测量装置，其特征在于，包括设在待测煤炭上方的铅屏蔽罩；待测煤炭下方设有天线，天线通过低噪声探测器与光电转换器相连；光电转换器通过放大器与信号处理器相连；信号处理器通过数据传输装置与终端机相连。

2.根据权利要去1所述的一种无源煤炭灰分测量装置，其特征在于，所述的低噪声探测器采用超声波探头。

3.一种无源煤炭灰分测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，低噪声探测器接收来自待测煤炭中放射源发出的天然γ射线；

步骤2，将低噪声探测器接收到的天然γ射线信号传给光电转换器转换为电信号；

步骤3，经步骤2转换后的电信号进入放大器放大，然后进行A/D转换；

步骤4，经过A/D转换的信号由DSP芯片处理，具体处理流程首先进行自适应滤波处理，去除信号频率范围之外的噪声和干扰，然后对不同能量的γ射线离子产生的脉冲进行能级分析，然后统计各能级计数量和总脉冲计数量。

步骤5，将信号处理器处理过的结果通过数据传输装置送至终端机显示。