李艷

摘要 本文對煤工業(yè)分析中揮發(fā)分的測定方法進行了改進探討,采用中子感生瞬發(fā)γ射線的方法，介紹了試驗方法和實驗設備，并對檢測結(jié)果進行分析，該檢測方法的揮發(fā)分的分析值與化驗值的誤差≤1.5％。

關鍵詞 揮發(fā)分；工業(yè)分析；檢測

中圖分類號TM7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0063-02

0 引言

煤檢測的一個重要指標就是揮發(fā)分，揮發(fā)分的高低對煤的著火以及燃燒有著較大的影響。揮發(fā)分低的煤，不易點燃，燃燒不穩(wěn)定，甚至還能引起熄火；揮發(fā)分高的煤則容易著火，火焰大，燃燒穩(wěn)定，但火焰溫度低。因此，煤的揮發(fā)分參數(shù)的檢測就變得非常重要，通過實現(xiàn)煤中主要構(gòu)成元素的含量分析，得出煤質(zhì)的總體評價，對指導鍋爐燃燒具有十分重要的意義。

1 檢測方法

改進的揮發(fā)分檢測方法采用中子感生瞬發(fā)γ射線的技術方法，中子感生瞬發(fā)γ射線分析是基于中子與材料中所含元素的靶核發(fā)出中子俘獲[n,γ]反應和快中子非彈性散射[n，nγ]反應時，放射出特征γ射線。根據(jù)特征γ射線的能量和特征峰面積來確定物質(zhì)中所含元素的種類以及含量，得出煤中的各種元素含量，進而計算出煤的揮發(fā)分，從而實現(xiàn)煤工業(yè)的即時分析。

2 實驗方法與設備

本檢測系統(tǒng)是主要由γ射線探測譜儀、脈沖中子發(fā)生器、中子監(jiān)測儀及煤樣裝置四大部分組成。

γ射線探測譜儀是由4096道脈沖幅度分析器（MCA）、BGO（鍺酸鉍）探測器以及主放大器組成。在使用BGO探測器時會發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果精密度與峰位的漂移及能量分辨率的大小有關，這時候因為BGO閃爍體熒光轉(zhuǎn)換效率受溫度影響很大，從而影響峰位的漂移和能量分辨率的大小，這樣會給實驗測量帶來很大的誤差。因此，采用蒸汽壓縮式制冷方法制作的鍺酸鉍探測器真空保溫系統(tǒng)，能使探測器周圍的溫度保持在實驗所要求的范圍之內(nèi)，從而在一定程度上減小溫度對探測器的影響。

中子檢測儀選用的是ZnS（Ag）閃爍探頭探測中子，它的探測效率為1％。首先由主放大器把信號放大，然后再由計數(shù)器讀出中子的計數(shù)。

煤樣裝置為一個大小為不銹鋼板焊接的方箱，該方箱大小為20cm×20cm×15cm。煤樣在外面裝箱后，再通過電動滑車送入到探測位置中進行測量。透視式的幾何配置是該實驗測量裝置的首選。

脈沖中子發(fā)生器由中子管以及它的三路供電電路組成。中子管主要由存儲器、離子系統(tǒng)、加速系統(tǒng)以及靶等四部分組成。三路供電電路包括離子源電路（為離子源提供電離電壓），存儲器電路（存儲器提供加熱電壓）以及靶極負高壓電路（為加速系統(tǒng)提供正離子加速電壓）。

脈沖中子發(fā)生器工作的基本原理是：首先給離子源加上離子源陽極脈沖電壓，該電壓為2kV、頻率為3.3kHz。然后給存儲器加熱，加熱后，存儲器就會向離子腔內(nèi)釋放氘氣體。在離子源陽極脈沖電壓的作用下，氘氣體電離形成等離子體。當靶極的電壓上升到較高電壓時，就會有一定的氘離子并形成離子束流飛向靶極，轟擊靶極，并且與靶極上的氚原子核發(fā)生氘氚反應，從而生成一個氦核并且產(chǎn)生14MeV的脈沖中子。

脈沖中子發(fā)生器的工作模式為：一個周期300μs，分為前100μs和200μs兩部分，前100μs產(chǎn)生中子，后200μs不產(chǎn)生中子。前100μs主要產(chǎn)生非彈性散射γ射線譜與輻射俘獲γ射線譜，后200μs，只產(chǎn)生輻射俘獲γ射線譜，所以本實驗采用一個控制電路把4096道的微機多道卡分為兩部分，其中前2048道在后200μs期間開通收集輻射俘獲γ射線譜，后面2048道在前100μs期間開通收集全譜，從而產(chǎn)生非彈性散射γ射線譜和輻射俘獲γ射線譜。

3 煤揮發(fā)分測量結(jié)果與討論

3.1基本誤差試驗

對選定的煤樣（1-6號煤樣）進行連續(xù)6次測量，每次間隔10min。測量情況如表1所示：

3.2 重復性實驗

在同樣的檢測條件下，對于選定的同一煤樣（以2號煤箱為樣），首先打開中子發(fā)生器，每隔20min記下煤樣的揮發(fā)分值，隨后暫時關閉中子發(fā)生器，10min以后，再打開中子發(fā)生器進行測量，重復2次并作記錄，取二次結(jié)果的平均值作為一次測量結(jié)果。關閉中子發(fā)生器，取出選定的煤樣，間隔20min以后重復以上測量，重復進行3次，測量的結(jié)果如表2所示：

表2重復性實驗的測量結(jié)果

本檢測的重復性試驗完全按照煤質(zhì)的快速分析方法——脈沖中子法的要求以及步驟進行。在選定的6個標準煤樣進行6組連續(xù)測量，其實驗數(shù)據(jù)表明，在該測量條件下，ΔCv=-0.0120，σ=0.1162，煤揮發(fā)分絕對偏差的1σ置信區(qū)間為[-0.1256，0.1054]。這些指標已達標準的要求。測試結(jié)果也達到了標準的要求（標準要求：揮發(fā)分的分析值與化驗值的誤差≤1.5％）。

4 結(jié)論

本文探討了煤揮發(fā)分檢測方法的改進，采用中子感生瞬發(fā)γ射線的技術方法，利用脈沖中子發(fā)生器產(chǎn)生的快熱中子感生的瞬發(fā)γ射線，對煤的揮發(fā)分進行分析和測量。該檢測方法的實驗結(jié)果顯示：該方法檢測的揮發(fā)分指標符合標準的要求。

參考文獻

[1]李英華.煤質(zhì)分析應用技術指南[M].北京：中國標準出版社，2008.

[2]楊金和，陳文敏，段云龍.煤炭化驗手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

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