石油類熱電廠中子發(fā)生器在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用

王靜召 高雪 王雪花

摘 要：文章以推動(dòng)石油類熱電廠發(fā)展為前提，針對(duì)中子發(fā)生器在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用展開分析，介紹了一般分析儀器、E-MAC紅外快速煤質(zhì)分析儀、紅外快速分析儀、脈沖中子煤質(zhì)分析儀四種煤質(zhì)分析設(shè)備，并且闡述了中子發(fā)生器的應(yīng)用，旨在提高煤質(zhì)分析效率，保證分析結(jié)果準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：石油類熱電廠；中子發(fā)生器；煤質(zhì)分析；伽馬射線

當(dāng)前煤質(zhì)分析主要內(nèi)容包括全水、內(nèi)水、灰分，揮發(fā)份、硫以及發(fā)熱量等，需要應(yīng)用全水儀、工分析、測(cè)硫儀、量熱儀等設(shè)備。為了提高煤質(zhì)分析效率與有效性，中子發(fā)生器得到廣泛應(yīng)用，以此針對(duì)伽馬射線進(jìn)行能譜分析，了解煤中相關(guān)元素與含量變化。此外，中子發(fā)生器針對(duì)煤樣煤質(zhì)分析、鍋爐熱效率以及有限空間等也有重要作用。

煤質(zhì)分析儀器以及煤質(zhì)分析方法

1.1一般分析儀器

進(jìn)行一般煤質(zhì)分析的相關(guān)煤質(zhì)化驗(yàn)室內(nèi)必須具備以下儀器：進(jìn)行煤中熱值測(cè)量的量熱儀；煤水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳指標(biāo)測(cè)量的工業(yè)分析儀；煤內(nèi)元素含量測(cè)量的測(cè)硫儀以及碳?xì)錅y(cè)試儀；保障鍋爐燃煤安全性的煤灰熔融性測(cè)試儀。

1. E-MAC紅外快速電子天平

使用5E-MAC紅外快速電子天平展開煤質(zhì)分析，最終結(jié)果準(zhǔn)確性非常高。通過GB212-91法，利用電子天平稱取試樣，大概在1.0000±0.0002g，時(shí)間需要耗費(fèi)3min，但是使用5E-MAC紅外快速煤質(zhì)分析儀電子天平稱取試樣，僅需幾秒即可，且5E-MAC紅外快速電子天平支持批量稱量，一方面提高了稱樣速度與質(zhì)量，相比普通電子天平可節(jié)省1個(gè)小時(shí)的時(shí)間，另一方面則避免因?yàn)槿藶橐蛩貙?dǎo)致的結(jié)果不準(zhǔn)確問題[1]。由此可見，5E-MA紅外快速電子天平有非?？捎^的前景。

1. 紅外快速分析儀

紅外快速分析儀檢測(cè)期間的基本原理是熱重分析法，結(jié)合遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備、稱量電子天平，基于指定氣氛條件、溫度與時(shí)間，針對(duì)受熱期間的試樣進(jìn)行稱重，從而對(duì)試樣水分、灰分等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。與烘箱以及馬弗爐檢測(cè)水分、灰分這些方法相比，紅外快速分析儀有非常多的優(yōu)點(diǎn)。第一，自動(dòng)化稱量，避免人工稱量導(dǎo)致的誤差；第二，通過坩堝進(jìn)行校對(duì)，節(jié)省了試樣冷卻時(shí)間，將試驗(yàn)時(shí)間縮短；第三，試驗(yàn)期間減少了人工干預(yù)；第四，試驗(yàn)期間解除了高溫燙傷等諸多安全隱患；第五，支持自動(dòng)計(jì)算以及試驗(yàn)結(jié)果打印，避免人工計(jì)算導(dǎo)致的誤差，也降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使工作效率得以提升；第六，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，為查詢、統(tǒng)計(jì)提供方便；第七，自動(dòng)化水平非常高，試驗(yàn)期間只需要將樣品放到坩堝中，便可以自動(dòng)報(bào)出測(cè)定結(jié)果。

1.4脈沖中子煤質(zhì)分析儀

中子分析技術(shù)在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用能夠節(jié)省成本費(fèi)用以及測(cè)量所需時(shí)間，這兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于煤炭工業(yè)而言非常重要。除此之外的分析技術(shù)，例如X射線熒光以及瞬發(fā)γ中子活化分析技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)對(duì)C、O等元素會(huì)帶來不利的影響。脈沖快熱中子活化分析的應(yīng)用，可以直接了解測(cè)量物質(zhì)內(nèi)元素，對(duì)于多種樣品的分析體現(xiàn)了一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，通過脈沖中子束也可以對(duì)低原子序數(shù)C、O兩個(gè)元素進(jìn)行測(cè)量[2]。脈沖快熱中子分析應(yīng)用的前提為脈沖中子發(fā)生器，脈沖D-T中子發(fā)生器在試驗(yàn)中會(huì)引發(fā)核反應(yīng)，再由這些反應(yīng)形成γ射線，探測(cè)器通過鍺酸鉍晶體檢測(cè)到γ射線。中子脈沖過程中γ射線譜所有γ射線主要有以下幾種，即（n，n′γ）、（n，pγ）、（n，γ）反應(yīng)，中子間歇過程中個(gè)別快中子和物質(zhì)內(nèi)輕元素發(fā)生碰撞，導(dǎo)致能量損失。如果中子能量相比1eV較低，通過（n，γ）反應(yīng)以及H，N、Fe等元素可以俘獲中子。利用這些反應(yīng)所形成的γ射線也可以儲(chǔ)存于多道分析器的各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)中，在計(jì)算機(jī)中計(jì)算結(jié)果，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

石油類熱電廠中子發(fā)生器在煤質(zhì)分析中的應(yīng)用

通過快中子輻照煤會(huì)形成俘獲伽馬射線以及非彈性散射伽馬射線，針對(duì)伽馬射線展開能譜分析，便可以知煤內(nèi)蘊(yùn)含的元素與含量變化。組織試驗(yàn)分析，并且通過最終結(jié)論可知，煤內(nèi)主要含有如下元素，即O、Fe、N、Si、Al、C、H、S、Ti、Ca以及Na等，以上所有元素經(jīng)由快中子輻照，會(huì)形成相應(yīng)的能量，將非彈性散射伽馬射線俘獲，使用多道能譜測(cè)量技術(shù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。通常質(zhì)量比較好的煤含有大量的“C”，相比之下灰質(zhì)含量較少，此外可以通過“O”含量了解其中的含水份[3]。所以，入爐之前必須進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，使用合理的舉措展開實(shí)時(shí)控制，以此達(dá)到提升煤燃燒效率的目的。這一試驗(yàn)技術(shù)目前在我國(guó)的應(yīng)用還沒有得到普及。例如某電力企業(yè)對(duì)這一技術(shù)非常重視，并且安排工程師組織試驗(yàn)。試驗(yàn)的第一輪方法獲得了很好的結(jié)果，為了將該技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)當(dāng)中，并且制成工業(yè)產(chǎn)品，該企業(yè)研發(fā)了高產(chǎn)額（4×108中子s）、使用期限較長(zhǎng)的（2000 h）中子發(fā)生器，獲得非常好的成果。

使用中子發(fā)生器進(jìn)行煤質(zhì)分析過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：（1）試驗(yàn)室煤樣制成粒度必須小于0.2cm；（2）計(jì)算鍋爐熱效率，即熱效率=（供熱量+供電量×3600千焦/千瓦時(shí)）/（燃料總消耗量×燃料單位低位熱值）×100%；（3）注意灰熔點(diǎn)，即灰熔融特性，煤灰并沒有固定熔化溫度，只有熔化溫度標(biāo)準(zhǔn)范圍。我國(guó)與世界其他國(guó)家一樣，都是由角錐法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，對(duì)半還原氣氛內(nèi)特征溫度進(jìn)行記錄。變形溫度DT即灰錐尖變圓或者彎曲溫度，軟化溫度ST也就是灰錐體彎曲至錐尖觸及托板，或者是錐體變?yōu)榍蛐?、高度小于底長(zhǎng)半球的溫度；流動(dòng)溫度FT是灰錐完全熔化，或者展為高度小于等于1. mm薄層的溫度，也可以被稱作熔化溫度。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，石油類熱電廠中子分析器進(jìn)行煤質(zhì)分析，雖然目前已經(jīng)獲得顯著的應(yīng)用效果，但是其中依然存在待完善之處，需要工作人員繼續(xù)展開試驗(yàn)與研究，充分發(fā)揮出中子分析器優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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[2]景士偉，張麗，劉林茂，等.脈沖中子煤質(zhì)分析儀的研制[J].東北師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，（3）：50-54.

[3]遲艷濤，景士偉，桑海峰，等.利用脈沖快熱中子法檢測(cè)煤的低位熱值[J].同位素，2005，（1）：91-94.

（作者單位：撫順石化公司熱電廠）