煤工业分析中挥发分检测方法的改进探讨

李艳

摘要 本文对煤工业分析中挥发分的测定方法进行了改进探讨,采用中子感生瞬发γ射线的方法，介绍了试验方法和实验设备，并对检测结果进行分析，该检测方法的挥发分的分析值与化验值的误差≤1.5％。

关键词 挥发分；工业分析；检测

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0063-02

0 引言

煤检测的一个重要指标就是挥发分，挥发分的高低对煤的着火以及燃烧有着较大的影响。挥发分低的煤，不易点燃，燃烧不稳定，甚至还能引起熄火；挥发分高的煤则容易着火，火焰大，燃烧稳定，但火焰温度低。因此，煤的挥发分参数的检测就变得非常重要，通过实现煤中主要构成元素的含量分析，得出煤质的总体评价，对指导锅炉燃烧具有十分重要的意义。

1 检测方法

改进的挥发分检测方法采用中子感生瞬发γ射线的技术方法，中子感生瞬发γ射线分析是基于中子与材料中所含元素的靶核发出中子俘获[n,γ]反应和快中子非弹性散射[n，nγ]反应时，放射出特征γ射线。根据特征γ射线的能量和特征峰面积来确定物质中所含元素的种类以及含量，得出煤中的各种元素含量，进而计算出煤的挥发分，从而实现煤工业的即时分析。

2 实验方法与设备

本检测系统是主要由γ射线探测谱仪、脉冲中子发生器、中子监测仪及煤样装置四大部分组成。

γ射线探测谱仪是由4096道脉冲幅度分析器（MCA）、BGO（锗酸铋）探测器以及主放大器组成。在使用BGO探测器时会发现测量结果精密度与峰位的漂移及能量分辨率的大小有关，这时候因为BGO闪烁体荧光转换效率受温度影响很大，从而影响峰位的漂移和能量分辨率的大小，这样会给实验测量带来很大的误差。因此，采用蒸汽压缩式制冷方法制作的锗酸铋探测器真空保温系统，能使探测器周围的温度保持在实验所要求的范围之内，从而在一定程度上减小温度对探测器的影响。

中子检测仪选用的是ZnS（Ag）闪烁探头探测中子，它的探测效率为1％。首先由主放大器把信号放大，然后再由计数器读出中子的计数。

煤样装置为一个大小为不锈钢板焊接的方箱，该方箱大小为20cm×20cm×15cm。煤样在外面装箱后，再通过电动滑车送入到探测位置中进行测量。透视式的几何配置是该实验测量装置的首选。

脉冲中子发生器由中子管以及它的三路供电电路组成。中子管主要由存储器、离子系统、加速系统以及靶等四部分组成。三路供电电路包括离子源电路（为离子源提供电离电压），存储器电路（存储器提供加热电压）以及靶极负高压电路（为加速系统提供正离子加速电压）。

脉冲中子发生器工作的基本原理是：首先给离子源加上离子源阳极脉冲电压，该电压为2kV、频率为3.3kHz。然后给存储器加热，加热后，存储器就会向离子腔内释放氘气体。在离子源阳极脉冲电压的作用下，氘气体电离形成等离子体。当靶极的电压上升到较高电压时，就会有一定的氘离子并形成离子束流飞向靶极，轰击靶极，并且与靶极上的氚原子核发生氘氚反应，从而生成一个氦核并且产生14MeV的脉冲中子。

脉冲中子发生器的工作模式为：一个周期300μs，分为前100μs和200μs两部分，前100μs产生中子，后200μs不产生中子。前100μs主要产生非弹性散射γ射线谱与辐射俘获γ射线谱，后200μs，只产生辐射俘获γ射线谱，所以本实验采用一个控制电路把4096道的微机多道卡分为两部分，其中前2048道在后200μs期间开通收集辐射俘获γ射线谱，后面2048道在前100μs期间开通收集全谱，从而产生非弹性散射γ射线谱和辐射俘获γ射线谱。

3 煤挥发分测量结果与讨论

3.1基本误差试验

对选定的煤样（1-6号煤样）进行连续6次测量，每次间隔10min。测量情况如表1所示：

3.2 重复性实验

在同样的检测条件下，对于选定的同一煤样（以2号煤箱为样），首先打开中子发生器，每隔20min记下煤样的挥发分值，随后暂时关闭中子发生器，10min以后，再打开中子发生器进行测量，重复2次并作记录，取二次结果的平均值作为一次测量结果。关闭中子发生器，取出选定的煤样，间隔20min以后重复以上测量，重复进行3次，测量的结果如表2所示：

表2重复性实验的测量结果

本检测的重复性试验完全按照煤质的快速分析方法——脉冲中子法的要求以及步骤进行。在选定的6个标准煤样进行6组连续测量，其实验数据表明，在该测量条件下，ΔCv=-0.0120，σ=0.1162，煤挥发分绝对偏差的1σ置信区间为[-0.1256，0.1054]。这些指标已达标准的要求。测试结果也达到了标准的要求（标准要求：挥发分的分析值与化验值的误差≤1.5％）。

4 结论

本文探讨了煤挥发分检测方法的改进，采用中子感生瞬发γ射线的技术方法，利用脉冲中子发生器产生的快热中子感生的瞬发γ射线，对煤的挥发分进行分析和测量。该检测方法的实验结果显示：该方法检测的挥发分指标符合标准的要求。

参考文献

[1]李英华.煤质分析应用技术指南[M].北京：中国标准出版社，2008.

[2]杨金和，陈文敏，段云龙.煤炭化验手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”