MZ-1型中子在线煤质分析仪及相对测量方法与流程

本发明涉及一种煤质分析仪及相对测量方法，特别涉及一种mz-1型中子在线煤质分析仪及相对测量方法。

背景技术：

目前，现有的煤炭工业生产中采用的煤质分析技术，主要采用实验室化学分析或者x射线荧光分析。这两种方法需要对原煤进行现场采集样品(采样过程)，然后制作成符合分析要求的标准样品(制样过程)。经过采样和制样后，实验人员对样品进行分析，得出分析结果。整个过程需要较长时间，在这段时间内，大量的原煤通过传送皮带进入生产环节。因此，传统方法无法快速给出分析结果，对生产环节缺乏有效的指导。

目前，国际上较为先进的煤质分析技术是采用称为瞬发伽马中子活化分析(英文缩写为pgnaa)的核物理探测技术。这种技术的特点是采用中子源对待测原煤进行照射，通过检测瞬发伽马射线，对煤炭成分进行快速在线分析，从而有效地对生产环节进行指导。其采用的中子源一般为放射性同位素中子源或者密封中子发生器中子源。放射性同位素中子源主要从国外进口，具有较强放射性，运输、存储和更换都需要专门设备与专业人员，而且需要出具相关部门的证明文件，相比而言，中子发生器国内已有自主研发的产品销售，其中子输出可通过电路系统控制，因此具有可关断，易于运输、存储、更换等优点，缺点是中子的输出相对不稳定，影响煤质分析的精确度。本发明针对中子输出不稳定问题，设计了全新的装置，提出了相对测量方法，提高煤质分析的精确度。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决以中子发生器作为中子源的在线煤质分析仪在煤炭在线检测过程中，由于中子输出不稳定导致的探测结果精确度较差的问题，而提供的一种mz-1型中子在线煤质分析仪及相对测量方法。

本发明提供的mz-1型中子在线煤质分析仪包括有箱体、中子发生器、伽马射线探测器、标定煤箱、待测煤箱通道和配电箱，其中中子发生器、伽马射线探测器、标定煤箱和待测煤箱通道均装配在箱体内，伽马射线探测器设置有两个，分别设在中子发生器的两侧，标定煤箱设在中子发生器与右侧的伽马射线探测器之间的箱体内，待测煤箱通道设在中子发生器与左侧的伽马射线探测器之间的箱体内，配电箱设在箱体的一侧，配电箱与中子发生器和两个伽马射线探测器相连接，并为中子发生器和两个伽马射线探测器提供电力。

箱体的底部设置有支架。

中子发生器的上部和下部设置有铅块，铅块的外侧设置有氮化硼填充物。

伽马射线探测器周围设置有保护层，保护层周围的箱体内填充有含硼聚乙烯材料。

标定煤箱用于盛放标定煤样，对待测煤样进行标定。

待测煤箱通道内设置有待测煤箱。

配电箱内设置有控制系统，控制系统对中子发生器和伽马射线探测器的工作状态进行控制。

上述的中子发生器、伽马射线探测器和配电箱以及配电箱内的控制系统均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明提供的mz-1型中子在线煤质分析仪的相对测量方法，其方法如下所述：

步骤一、针对不同待检测煤种的热值、灰份工业分析值与c、h、o元素含量，满足不同的线性关系，对不同待测煤种采样，制作成多组标准待测煤样，并给出化学分析值，同时给出标定煤样的化学分析值；

步骤二、利用步骤一中得到的标准待测煤样品的化学分析值，求出对应煤种中有机氢、有机氧与碳元素含量的线性关系如下，mh＝k1*mc+b1，mo＝k2*mc+b2；

步骤三、将标定煤样品放入标定煤箱，标准待测煤样放入待测煤箱，开启中子发生器及伽马射线探测器电源，检查系统是否正常工作，并进行预热5到10分钟；

步骤四、系统工作正常后，对标准待测煤样和标定煤样同时进行照射，每两分钟生成一对对应的伽马射线能谱，对伽马能谱进行分析，确定碳峰峰位，并采用滑动窗口取峰面积最大值法，分别求出标准待测煤样和标定煤样对应伽马能谱中碳元素的特征峰面积ac和as，利用步骤一中给出的化学分析值，计算标准待测样品与标定煤样中碳元素含量比mc/ms，以及所测伽马能谱碳峰面积比ac/as，通过对该煤种的多组样品进行检测，找出线性关系式mc/ms＝k*(ac/as)+b，计算出该待测煤种对应的线性系数k、b；

步骤五、利用步骤四中所求系数k、b，计算该待测煤种样品中碳含量mc，利用步骤二中所求系数，计算有机氧含量mo和有机氢含量mh，从而给出热值、灰分与c、h、o含量的线性关系，如下式：

热值：q＝a1*mc+b1*mh+c1；

灰分：ad＝a2*mc+b2*mo+c2；

步骤六、利用计算机对测量数据与参考数据进行比对，计算数次测量均值d和标准差sd，计算统计量t，采用95％置信度进行一致性检验，合格的数据保留，差异显著的少数数据剔除；

步骤七、最后将分析结果发送给控制程序，完成对生产环节的指导。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案能够降低中子发生器中子输出波动的影响，从而提高煤质分析的检测精度。利用中子发生器作为中子源，通过电路系统能够关断中子发射，能够解决传统放射性同位素中子源在储存、运输和更换过程中面临的辐射防护问题，节约了较高的人力和物力成本。利用相对测量方法，对待测煤样和标定煤样同时测量，由于中子发生器中子输出波动对二者影响基本相同，因此能够利用标定煤样的测量结果对待测煤样进行标定，从而降低了中子发生器中子输出波动的影响，提高测量的精度，从而满足煤质分析对精度的要求。

附图说明

图1为本发明所述的煤质分析仪整体结构示意图。

图2为本发明所述的煤质分析仪局部剖视结构示意图。

上图中的标注如下：

1、箱体2、中子发生器3、伽马射线探测器4、标定煤箱5、待测煤箱通道6、配电箱7、支架8、铅块9、氮化硼填充物10、保护层11、含硼聚乙烯材料12、待测煤箱。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示：

本发明提供的mz-1型中子在线煤质分析仪包括有箱体1、中子发生器2、伽马射线探测器3、标定煤箱4、待测煤箱通道5和配电箱6，其中中子发生器2、伽马射线探测器3、标定煤箱4和待测煤箱通道5均装配在箱体1内，伽马射线探测器3设置有两个，分别设在中子发生器2的两侧，标定煤箱4设在中子发生器2与右侧的伽马射线探测器3之间的箱体1内，待测煤箱通道5设在中子发生器2与左侧的伽马射线探测器3之间的箱体1内，配电箱6设在箱体1的一侧，配电箱6与中子发生器2和两个伽马射线探测器3相连接，并为中子发生器2和两个伽马射线探测器3提供电力。

箱体1的底部设置有支架7。

中子发生器2的上部和下部设置有铅块8，铅块8的外侧设置有氮化硼填充物9。

伽马射线探测器3周围设置有保护层10，保护层10周围的箱体内填充有含硼聚乙烯材料11。

标定煤箱4用于盛放标定煤样，对待测煤样进行标定。

待测煤箱通道5内设置有待测煤箱12。

配电箱6内设置有控制系统，控制系统对中子发生器2和伽马射线探测器3的工作状态进行控制。

上述的中子发生器2、伽马射线探测器3和配电箱6以及配电箱6内的控制系统均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明提供的mz-1型中子在线煤质分析仪的相对测量方法，其方法如下所述：

步骤一、针对不同待检测煤种的热值、灰份工业分析值与c、h、o元素含量，满足不同的线性关系，对不同待测煤种采样，制作成多组标准待测煤样，并给出化学分析值，同时给出标定煤样的化学分析值；

步骤二、利用步骤一中得到的标准待测煤样品的化学分析值，求出对应煤种中有机氢、有机氧与碳元素含量的线性关系如下，mh＝k1*mc+b1，mo＝k2*mc+b2；

步骤三、将标定煤样品放入标定煤箱4，标准待测煤样放入待测煤箱12，开启中子发生器2及伽马射线探测器3电源，检查系统是否正常工作，并进行预热5到10分钟；

步骤四、系统工作正常后，对标准待测煤样和标定煤样同时进行照射，每两分钟生成一对对应的伽马射线能谱，对伽马能谱进行分析，确定碳峰峰位，并采用滑动窗口取峰面积最大值法，分别求出标准待测煤样和标定煤样对应伽马能谱中碳元素的特征峰面积ac和as，利用步骤一中给出的化学分析值，计算标准待测样品与标定煤样中碳元素含量比mc/ms，以及所测伽马能谱碳峰面积比ac/as，通过对该煤种的多组样品进行检测，找出线性关系式mc/ms＝k*(ac/as)+b，计算出该待测煤种对应的线性系数k、b；

步骤五、利用步骤四中所求系数k、b，计算该待测煤种样品中碳含量mc，利用步骤二中所求系数，计算有机氧含量mo和有机氢含量mh，从而给出热值、灰分与c、h、o含量的线性关系，如下式：

热值：q＝a1*mc+b1*mh+c1；

灰分：ad＝a2*mc+b2*mo+c2；

步骤六、利用计算机对测量数据与参考数据进行比对，计算数次测量均值d和标准差sd，计算统计量t，采用95％置信度进行一致性检验，合格的数据保留，差异显著的少数数据剔除；

步骤七、最后将分析结果发送给控制程序，完成对生产环节的指导。