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中子活化煤质分析仪在煤矿的应用

煤质分析仪应用于煤炭业已有20多年的历史，其稳定的销量足以证明其价值。分 析仪通过提供实时信息为煤厂各煤种的质量控制和生产管理提供了极大的帮助， 如果依赖化验室，这些数据只能在采样后的数小时甚至数天后才能得到。

 近年来， 随着经济下滑，生产优化和料堆控制变得尤为重要。煤炭业的持续下滑导致该行业重新关注 煤炭质量管理，从而提高客户满意度最终增加煤炭销量。同时也提高矿区资源的有效利用， 使原先认为煤质不达标的资源可以有选择地开采。为达到上述目的，煤炭生产商和煤炭用户日本某社区正斟酌接受该项目 开始寻找更为经济且仍然高精度煤质分析仪。随着人们对环境的日益关注，特别是对硫释放的关注导致法律对污染控制更加严格。 新近设计的皮带中子活化煤质分析仪（PGNAA）恰好可以满足上述要求。

1 煤质分析技术与设备

1.1 双能量伽玛传输技术（DUET）

DUET仪器自20世纪80年代早期上市以来，已成为煤质监测设备家族中的重要一员。 该设备价格相对低廉，安装便捷，可以直接在皮带上进行煤质分析，只要是分析固定煤 种，DUET分析仪测定煤质灰分就可以达到相当的精度。它利用两个γ射线源贯穿煤层而测量 灰分。对给定的煤种，该济南新时期试金仪器有限公司专业生产万能实验机、冲击实验机、拉力实验机压力实验机卧式拉力实验机设备的测定精度为：一个标准偏差下0.5%～1%。该设备的主要缺点 是其标定与煤种有关，特别是在灰中的铁和钙元素变动很大的情况下。

该设备的用途包括：监测运送到选煤厂的原煤；监测洗净的精煤；给选煤厂提供反馈信息； 通过混煤优化资源利用，使之达到一定的质量目标；监测送往用户的煤质是否达到合同要求 的质量。

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1.喷砂器2 自然伽玛射线技术

另一种广泛使用的简单的分析仪能够测定煤中的自然放射性大小，并将其与灰分联系起来。 这种煤质分析仪不需要放射源，对影响DUET系统的铁和钙元素的变化不敏感。

然而，作为一种“被动”的系统，该分析仪的精度大约只为1%～2%，其理想应用是测量厚煤 层的灰分，例如原煤输送机或选煤厂入料输送机上的煤质，在煤层很厚时，这仍然是测定灰 分的唯一技术。然而，该分析仪同样与煤种有关，因为它依赖与灰分相关的自然伽玛放射素 的存在（如钾）。

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1.3 快速伽玛中子活化分析技术（PGNAA）

为满足市场上对具有高精度却与煤种无关的灰分仪的需求，上世纪80年代中期开发了首 台PGNAA旁线分析仪。该分析仪最常用于电厂配煤控海鲜制，以及选煤厂控制和煤的分选和销售 煤的质量品牌服装控制。除了测定人们通常感兴趣的灰分，碳纳米点(CDs)由于其高化学稳定性、低毒性、良好的生物兼容性和优良的光物理性能水分，发热量以外，还可以测定灰分中的 硫分，美国清洁空气法案要求电厂对SO2的排放进行控制，该分析仪也可以测定对锅进行装备终验收炉结 焦有影响的Na和Cl。

这种旁线分析仪需要采样设备把煤从皮带上采初样。煤样通过垂直溜槽进行中子照射分析 。在几分之一秒的时间内，吸收的能量以伽玛辐射的形式释放出来。由于每一元素具有特定 的伽玛射线光谱，光谱可以拆解成组成元素的光谱，从而确定煤中的元素成分。 。该技术与煤种无关，所以很有吸引力。

元素分析通过计算组合，可以得出灰分，发热量和挥发分。该分析仪对灰分的分析精度0.25 %～0.4%。

该分析仪本身价值数十万美金，而且配套的采样和传输系统也价格不菲，这就限制了分析仪 的广泛使用。

2 PGNAA皮带分析仪的应用

直到最近，把PGNAA直接用于测量输送机上的煤质测试才获得成功。实验结果虽不能达 到通常旁线PGNAA分析仪低于0.4%的精度，但使得系统成本大为降低。理论计算表明，溜槽 通过式的PGNAA分析仪不存在皮带分析时受到煤层厚度变化和煤质垂直桌布方向分布不均匀 的问题。

与PGNAA旁线分析仪相比，PGNAA分析仪的优势体现在该设备不需要安装采样楼，可以直 接放在主皮带上使用。因此，大大节省了采样和传输设备的安装和维护成本。除此之外，也 避免了采样偏差，因为分析仪是对整个煤流进行分析。

除了煤层很厚的现场之外，分析仪可以在任意位置安装。在煤层厚度超过35cm ，使用通过自然放射性来测定灰分的分析仪仍然是合适的。

PGNAA分析仪的适用性意味着它可以分析各种不同的煤种，工厂试验已经证明了其准确 测定煤质的能力。由于该设备能够准确、实时地分析灰分、水分、硫分、发热量、灰分中的 氧化物和其他参数，能进行更好的配煤和选煤。因此，降低了工厂的生产成本。分析结果可 以实现每两分钟更新一次，便于工厂相应进行快速调节。

3 皮带分析仪的发展

3.1 工厂测试

以PGNAA旁线分析仪的技术为基础，加上经济、可靠和高速的现成的电脑处理芯片，克服了 早期PGNAA分析仪遇到的困难。工厂测试首次表明可以对输送机上煤质成分的变化进行 修正补偿，基于此结果，就可以进行分析仪的现场试验了。

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3.2 现场试验

2000年3月，Scantech公司在

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