本發(fā)明是給煤機式煤質(zhì)成分在線分析裝置，特別針對給煤機設計的一種新型煤質(zhì)在線檢測裝置，可以在線檢測給煤機上煤炭主要元素含量及工業(yè)分析指標。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的煤質(zhì)在線檢測設備都安裝在輸煤棧橋的皮帶機上，D-T中子發(fā)生器和伽碼探測器都位于皮帶機下方，可以實時檢測入廠或入爐煤質(zhì)的成分，但是檢測出的煤質(zhì)數(shù)據(jù)在進入原煤倉后都混在一起，另外，進入原煤倉的煤炭一般要存儲一段時間后再燃燒，這樣根據(jù)原煤倉煤層分布模型和給煤機流量數(shù)據(jù)預測鍋爐燃燒器出口的煤質(zhì)數(shù)據(jù)就必然存在較大誤差，無法用于指導鍋爐燃燒參數(shù)的調(diào)整。

現(xiàn)有的煤質(zhì)在線檢測裝置在解譜方面一般采用峰面積法、回歸分析法、最小二乘法等算法，這幾種算法存在的普遍問題是解譜精度低，直接導致煤炭工業(yè)成分的分析誤差大，無法滿足工業(yè)現(xiàn)場的實際需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決上述問題，特別針對給煤機而設計的一種新型煤質(zhì)在線檢測裝置及分析方法，可以在線檢測給煤機上煤炭主要元素含量及工業(yè)分析指標。

本發(fā)明的主要技術(shù)方案：給煤機式煤質(zhì)成分在線分析裝置，其特征在于它包括給煤系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述給煤系統(tǒng)依次包括給煤機、落料管、U型小皮帶、整形器和出料管；所述檢測系統(tǒng)依次包括微波接收器、微波發(fā)射器和防護體；所述防護體內(nèi)上方設有D-T中子發(fā)生器和BGO探測器，D-T中子發(fā)生器和BGO探測器置于鉛塊中；所述控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制中子發(fā)生器單元、譜采集及控制單元、微波數(shù)據(jù)中央處理單元、計算機數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元；所述微波發(fā)射器和微波接收器連接微波數(shù)據(jù)中央處理單元，所述數(shù)字控制中子發(fā)生器單元連接D-T中子發(fā)生器，所述譜采集及控制單元連接BGO探測器，所述計算機數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元用于譜信號的解譜處理和煤質(zhì)數(shù)據(jù)計算和顯示。

一般地，所述D-T中子發(fā)生器為脈沖D-T中子發(fā)生器，控制脈沖的周期為200us，占空比1:1。

所述BGO探測器的恒溫控制，采用I2C總線的高精度數(shù)字溫度芯片LM92為傳感器，控制BGO溫度為40±0.5℃。

所述溫控系統(tǒng)的U6部件是LM92總線制溫度傳感器芯片，把BGO探測器腔體中溫度數(shù)據(jù)通過U5總線擴展器芯片延長傳輸距離達到50米，U6的時鐘脈沖信號來自U5的時鐘脈沖，U5的時鐘信號來自單片機處理器的IO口P1.1，溫度信號從U6的SDA輸出經(jīng)過信號進入U5的SDA口，再通過U5的LDA口進入U4的LDA口，最后由U4的SDA口進入單片機處理器的P1.1口， R5和R6是U6的SDA和SCL的上拉電阻，增強SDA和SCL的高電平電壓；實時檢測出的溫度與給定溫度的差值通過PID模糊軟件算法計算出溫度調(diào)節(jié)量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過單片機處理器P2.1口輸出到U1的DIN數(shù)字量輸入口，U1是12位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，U1的VoutA經(jīng)過集成運放U2放大后輸入溫控電源的控制端，控制溫控電源的輸出電壓，溫控電源的輸出電壓接入加熱器。

所述防護體為門型移動框架結(jié)構(gòu)，防護材料包括鉛、聚乙烯和含硼聚乙烯。

所述的防護體底部安裝有滾輪。

本發(fā)明的還提供了該分析裝置的分析方法，其特征在于煤炭從給煤機的落料管落到給煤機的U型小皮帶，經(jīng)過整形器處理后進入微波接收器和微波發(fā)射器，微波檢測信號進入微波數(shù)據(jù)中央處理單元，煤炭繼續(xù)進入防護體，經(jīng)過位于煤炭上方的D-T中子發(fā)生器和BGO探測器，檢測完成后進入出料管，然后經(jīng)過磨煤機進入鍋爐燃燒器；數(shù)字控制中子發(fā)生器單元控制D-T中子發(fā)生器運行，譜采集及控制單元采集BGO探測器的譜信號和對BGO探測器進行恒溫控制，計算機數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元用于譜信號的解譜處理和煤質(zhì)數(shù)據(jù)計算和顯示。

本發(fā)明給煤機式煤質(zhì)成分在線分析裝置，分析儀的D-T中子發(fā)生器和BGO探測器都位于給煤機的上方，由于給煤機到燃燒器出口的路徑短，分析數(shù)據(jù)基本沒有滯后性，因此真正實現(xiàn)了入爐煤質(zhì)的實時檢測，提高了燃燒器出口煤質(zhì)數(shù)據(jù)的準確性，可以更加有效的調(diào)整鍋爐運行參數(shù)，可以提高鍋爐效率，可以提高鍋爐運行的安全性，有效避免非計劃停機、爐膛結(jié)焦和結(jié)渣等事故。開發(fā)的基于蒙特卡羅庫—最小二乘法的解譜算法經(jīng)過實踐驗證，解譜精度優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，可以滿足工業(yè)現(xiàn)場的實際需求。

本發(fā)明通過在給煤機上安裝脈沖中子法煤質(zhì)在線分析儀，真正實現(xiàn)了燃燒器出口煤質(zhì)的在線檢測，數(shù)據(jù)的準確性遠遠高于預測煤質(zhì)數(shù)據(jù)，為指導鍋爐燃燒參數(shù)的調(diào)整提供了最準確的直接依據(jù)，提高鍋爐效率0.1%，同時，提高了鍋爐的安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 是實施例中的探測器溫控系統(tǒng)電路圖。

圖中，1-給煤機；2-U型小皮帶；3-煤炭；4-整形器；5-微波接收器；6-微波發(fā)射器；7-出料管；8-落料管；9-D-T中子發(fā)生器；10-BGO探測器；11-鉛塊；12-防護體；13-顯示單元；14-計算機數(shù)據(jù)處理單元；15-譜采集及控制單元；16-數(shù)字控制中子發(fā)生器單元；17-微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17）。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例

給煤機式煤質(zhì)成分在線分析裝置參見附圖1，主要包括給煤系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述給煤系統(tǒng)依次包括給煤機（1）、落料管（8）、U型小皮帶（2）、整形器（4）和出料管（7）；所述檢測系統(tǒng)依次包括微波接收器（5）、微波發(fā)射器（6）和防護體（12）；所述防護體（12）內(nèi)上方設有D-T中子發(fā)生器（9）和BGO探測器（10），D-T中子發(fā)生器（9）和BGO探測器（10）置于鉛塊（11）中；所述控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制中子發(fā)生器單元（16）、譜采集及控制單元（15）、微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17）、計算機數(shù)據(jù)處理單元（14）和顯示單元（13）；所述微波發(fā)射器（6）和微波接收器（5）連接微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17），所述數(shù)字控制中子發(fā)生器單元（16）連接D-T中子發(fā)生器（9），所述譜采集及控制單元（15）連接BGO探測器（10），所述計算機數(shù)據(jù)處理單元（14）和顯示單元（13）用于譜信號的解譜處理和煤質(zhì)數(shù)據(jù)計算和顯示。

分析過程：煤炭從給煤機（1）的落料管（8）落到給煤機（1）的U型小皮帶（2），經(jīng)過整形器（4）處理后進入微波接收器（5）和微波發(fā)射器（6），微波檢測信號進入微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17），煤炭（3）繼續(xù)進入防護體（12），經(jīng)過位于煤炭（3）上方的D-T中子發(fā)生器（9）和BGO探測器（10），D-T中子發(fā)生器（9）和BGO探測器（10）都位于鉛塊（11）中，煤炭（3）檢測完成后進入出料管（7），然后經(jīng)過磨煤機進入鍋爐燃燒器。數(shù)字控制中子發(fā)生器單元（16）控制D-T中子發(fā)生器（9）運行方式，譜采集及控制單元（15）采集BGO探測器（10）的譜信號和對BGO探測器（10）進行恒溫控制，計算機數(shù)據(jù)處理單元（14）和顯示單元（13）主要用于譜信號的解譜處理和煤質(zhì)數(shù)據(jù)計算和顯示。數(shù)字控制中子發(fā)生器單元（16）、譜采集及控制單元（15）、微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17）、計算機數(shù)據(jù)處理單元（14）和顯示單元都位于系統(tǒng)控制柜（18）中。

在圖1中，首先需要對給煤機（1）的結(jié)構(gòu)進行改造，具體改造方法是用切割機在給煤機（1）的頂蓋出切出1200*1000mm的長方形缺口。防護體（12）是門型移動框架結(jié)構(gòu)，鉛塊（11）固定在門型框架的上部，在鉛塊（11）預澆出一個圓孔和方孔，圓孔用于放置脈沖D-T中子發(fā)生器（9），方孔放置BGO探測器（10）。防護體（12）由角鋼和工字鋼焊接形成，防護體（12）內(nèi)層放置200mm厚含硼聚乙烯板，防護體（12）外層放置100mm厚普通聚乙烯板，主要用來有效防護中子和伽碼射線。防護體（12）的底面安裝滾輪，在給煤機發(fā)生故障需要維護時，移動防護體（12）脫離給煤機（1）。

在圖1，當需要啟動給煤機（1）為鍋爐燃燒器送煤時，在分析儀軟件檢測到給煤機的運行狀態(tài)信號后依次系統(tǒng)自動啟動D-T中子發(fā)生器（9）和譜采集及控制單元（15）以及計算機數(shù)據(jù)處理單元（14），在線分析儀進入測量狀態(tài)。原煤倉的煤炭通過落料管（8）進入給煤機（1）的U型小皮帶（2），由于U型小皮帶（2）上的煤炭形狀變化較大，直接影響測量精度，因此，在煤炭進入測量區(qū)域前必須使用整形器（4）對煤炭形狀進行整形處理。整形處理后煤炭首先在防護體外進行水分在線檢測，微波發(fā)射器（6）安裝在U型小皮帶（2）的下方，為了提高測量精度，微波發(fā)射器（6）與U型小皮帶（2）的下方距離不大于20mm，微波接收器（5）安裝在U型小皮帶（2）的上方，二者的距離不大于20mm，微波接收器（6）和微波接收器（5）通過電纜連接到微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17），微波數(shù)據(jù)中央處理單元（17）輸出瞬時水分的4-20mA信號，然后通過通訊模塊轉(zhuǎn)換為串口信號，并通過串口通訊電纜接入計算機數(shù)據(jù)處理單元（14）。煤炭穿過防護體（12）進入全元素檢測區(qū)域，脈沖D-T中子發(fā)生器（9）由脈沖高壓電源提供加速極電壓，脈沖周期為200us，占空比為1:1，一部分快中子經(jīng)過鉛塊（11）慢化后形成熱中子，這樣就形成一定比例的快、熱中子，快中子與煤炭的C和O元素發(fā)生非彈散射反應生成其特征伽碼射線，熱中子與H等元素發(fā)生俘獲反應產(chǎn)生對應的特征伽碼射線，使用高分辨率的BGO探測器（10）檢測這些特征伽碼射線，并把這些特征伽碼射線轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過信號前置放大電路后傳送到譜采集及控制單元（15），譜采集及控制單元（15）通過串口通訊把譜數(shù)據(jù)送入計算機數(shù)據(jù)處理單元（14），通過蒙特卡羅庫—最小二乘法的解譜算法可以實時解析煤炭中14種主要元素C、H、O、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Ti、Na、K、P、Mg，然后根據(jù)以上元素信息可以計算出煤炭的工業(yè)分析指標發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、全硫、內(nèi)水、固定碳、灰成分等，本實施例的分析周期為1分鐘。

圖2 是本實施例的探測器溫控系統(tǒng)圖。圖2中U6部件是LM92總線制溫度傳感器芯片，可以把BGO探測器（10）腔體中溫度數(shù)據(jù)通過U5總線擴展器芯片延長傳輸距離達到50米，U6的時鐘脈沖信號來自U5的時鐘脈沖，U5的時鐘信號來自單片機處理器的IO口P1.1，溫度信號從U6的SDA輸出經(jīng)過信號進入U5的SDA口，再通過U5的LDA口進入U4的LDA口，最后由U4的SDA口進入單片機處理器的P1.1口，R5和R6是U6的SDA和SCL的上拉電阻，增強SDA和SCL的高電平電壓。實時檢測出的溫度與給定溫度的差值通過PID模糊軟件算法計算出溫度調(diào)節(jié)量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過單片機處理器P2.1口輸出到U1的DIN數(shù)字量輸入口，U1是12位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，U1的VoutA經(jīng)過集成運放U2放大后輸入溫控電源的控制端，控制溫控電源的輸出電壓，溫控電源的輸出電壓接入加熱器。由于設定探測器的工作溫度為40℃，探測器腔體的內(nèi)部溫度一般不會超過40℃，因此，無需加入制冷環(huán)節(jié)，大大降低了溫度控制系統(tǒng)的故障率。