石油類熱電廠中子發生器在煤質分析中的應用

王靜召 高雪 王雪花

摘 要：文章以推動石油類熱電廠發展為前提，針對中子發生器在煤質分析中的應用展開分析，介紹了一般分析儀器、E-MAC紅外快速煤質分析儀、紅外快速分析儀、脈沖中子煤質分析儀四種煤質分析設備，并且闡述了中子發生器的應用，旨在提高煤質分析效率，保證分析結果準確性。

關鍵詞：石油類熱電廠；中子發生器；煤質分析；伽馬射線

當前煤質分析主要內容包括全水、內水、灰分，揮發份、硫以及發熱量等，需要應用全水儀、工分析、測硫儀、量熱儀等設備。為了提高煤質分析效率與有效性，中子發生器得到廣泛應用，以此針對伽馬射線進行能譜分析，了解煤中相關元素與含量變化。此外，中子發生器針對煤樣煤質分析、鍋爐熱效率以及有限空間等也有重要作用。

煤質分析儀器以及煤質分析方法

1.1一般分析儀器

進行一般煤質分析的相關煤質化驗室內必須具備以下儀器：進行煤中熱值測量的量熱儀；煤水分、灰分、揮發分、固定碳指標測量的工業分析儀；煤內元素含量測量的測硫儀以及碳氫測試儀；保障鍋爐燃煤安全性的煤灰熔融性測試儀。

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分析，最終結果準確性非常高。通過GB212-91法，利用電子天平稱取試樣，大概在1.0000±0.0002g，時間需要耗費3min，但是使用5E-MAC紅外快速煤質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量，相比普通電子天平可節省1個小時的時間，另一方面則避免因為人為因素導致的結果不準確問題[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期間的基本原理是熱重分析法，結合遠紅外加熱設備、稱量電子天平，基于指定氣氛條件、溫度與時間，針對受熱期間的試樣進行稱重，從而對試樣水分、灰分等相關指標進行計算。與烘箱以及馬弗爐檢測水分、灰分這些方法相比，紅外快速分析儀有非常多的優點。第一，自動化稱量，避免人工稱量導致的誤差；第二，通過坩堝進行校對，節省了試樣冷卻時間，將試驗時間縮短；第三，試驗期間減少了人工干預；第四，試驗期間解除了高溫燙傷等諸多安全隱患；第五，支持自動計算以及試驗結果打印，避免人工計算導致的誤差，也降低了作業人員的勞動強度，使工作效率得以提升；第六，試驗所得數據可以儲存在計算機中，為查詢、統計提供方便；第七，自動化水平非常高，試驗期間只需要將樣品放到坩堝中，便可以自動報出測定結果。

1.4脈沖中子煤質分析儀

中子分析技術在煤質分析中的應用能夠節省成本費用以及測量所需時間，這兩項指標對于煤炭工業而言非常重要。除此之外的分析技術，例如X射線熒光以及瞬發γ中子活化分析技術，在實際應用中會對C、O等元素會帶來不利的影響。脈沖快熱中子活化分析的應用，可以直接了解測量物質內元素，對于多種樣品的分析體現了一定的優勢。同時，通過脈沖中子束也可以對低原子序數C、O兩個元素進行測量[2]。脈沖快熱中子分析應用的前提為脈沖中子發生器，脈沖D-T中子發生器在試驗中會引發核反應，再由這些反應形成γ射線，探測器通過鍺酸鉍晶體檢測到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，中子間歇過程中個別快中子和物質內輕元素發生碰撞，導致能量損失。如果中子能量相比1eV較低，通過（n，γ）反應以及H，N、Fe等元素可以俘獲中子。利用這些反應所形成的γ射線也可以儲存于多道分析器的各個存儲區中，在計算機中計算結果，保證結果的準確性。

石油類熱電廠中子發生器在煤質分析中的應用

通過快中子輻照煤會形成俘獲伽馬射線以及非彈性散射伽馬射線，針對伽馬射線展開能譜分析，便可以知煤內蘊含的元素與含量變化。組織試驗分析，并且通過最終結論可知，煤內主要含有如下元素，即O、Fe、N、Si、Al、C、H、S、Ti、Ca以及Na等，以上所有元素經由快中子輻照，會形成相應的能量，將非彈性散射伽馬射線俘獲，使用多道能譜測量技術對其進行測定。通常質量比較好的煤含有大量的“C”，相比之下灰質含量較少，此外可以通過“O”含量了解其中的含水份[3]。所以，入爐之前必須進行精準測量，使用合理的舉措展開實時控制，以此達到提升煤燃燒效率的目的。這一試驗技術目前在我國的應用還沒有得到普及。例如某電力企業對這一技術非常重視，并且安排工程師組織試驗。試驗的第一輪方法獲得了很好的結果，為了將該技術應用在生產當中，并且制成工業產品，該企業研發了高產額（4×108中子s）、使用期限較長的（2000 h）中子發生器，獲得非常好的成果。

使用中子發生器進行煤質分析過程中，需要注意以下幾點：（1）試驗室煤樣制成粒度必須小于0.2cm；（2）計算鍋爐熱效率，即熱效率=（供熱量+供電量×3600千焦/千瓦時）/（燃料總消耗量×燃料單位低位熱值）×100%；（3）注意灰熔點，即灰熔融特性，煤灰并沒有固定熔化溫度，只有熔化溫度標準范圍。我國與世界其他國家一樣，都是由角錐法進行標準測定，對半還原氣氛內特征溫度進行記錄。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，或者是錐體變為球形、高度小于底長半球的溫度；流動溫度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。

結束語

綜上所述，石油類熱電廠中子分析器進行煤質分析，雖然目前已經獲得顯著的應用效果，但是其中依然存在待完善之處，需要工作人員繼續展開試驗與研究，充分發揮出中子分析器優勢。

參考文獻

[1]黃向陽，程道文.煤炭內中子通量與元素含量關系[J].長春工業大學學報（自然科學版），2014，（2）：212-215.

[2]景士偉，張麗，劉林茂，等.脈沖中子煤質分析儀的研制[J].東北師大學報（自然科學版），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）