[实用新型]基于自然伽马谱分析的火电厂煤质在线监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃煤火力发电测控技术领域，具体涉及一种火电机组入炉煤质在线监测系统。

背景技术

由于发电用燃煤的市场化，电厂的燃煤供应很难保证一直燃用设计煤种，绝大多数火电厂的供给煤种类繁多，煤质波动较大，普遍存在配煤掺烧的现象，这对发电机组的自动控制带来极大的难度，尤其对于现代超临界和超超临界大功率机组，煤质的不稳定严重制约了机组控制和调节的性能。对入炉燃烧的煤质进行实时的在线监测，是锅炉燃烧调整和机组协调控制的迫切要求。

目前，煤质在线监测技术主要分为五大类，以现有国内外相关专利为例，主要技术分别采用X射线、γ射线、光分析、间接计算和采样燃烧分析方法。其中精度较高应用最为广泛的是基于X射线和γ射线的分析方法，这两类方法都采用放射源发出辐射线对煤试样进行分析，对人体有害，因此一般都在密闭容器内以采样的方式进行分析，不能实现在线的连续监测。采样燃烧和大部分光分析方法也存在同样的问题，这也是目前煤质在线连续监测技术的主要瓶颈。

自然γ辐射与有源的γ辐射和X射线辐射不同，是指天然矿物内部原生的极微量放射性元素发出的辐射线，在自然界的岩石、泥土中是广泛存在的，也称天然γ辐射，是自然环境本底辐射的一部分，因此，基于检测自然γ辐射技术的设备并不附加任何有害放射线，对人体无害。

自然γ射线来自天然放射性元素，主要包括铀系、锕系、钍系元素和K40(钾)、Rb87(铷)等。岩石和粘土中一般都含有不同数量的放射性元素，并且不断地放出γ射线。不同的元素放出的γ射线能量是不同的，K40只能发出1.46MeV的γ射线，钍系大部分γ射线分布在1.3MeV以下，在2.62MeV处有明显峰值，铀系有各种能量的γ射线，大部分都分布在1.3MeV以下，在1.76MeV处有明显峰值。

地层中放射性元素的含量的多少，是由含有放射性元素的母岩，经过长期的地质作用，不断分离和重新分布而形成的。它与岩石的类型、沉积环境、搬运过程、成岩后生作用、风化程度等等因素有关，这样，我们就可以通过测量出岩石中各种放射性元素的相对含量，并推出上述各因素，从而应用于油田和煤矿的勘探开发。

石油和煤炭勘探工业上广泛采用的自然γ测井，一般采用三能窗法，即捕捉1.46MeV、1.76MeV和2.62MeV特征能量的γ射线强度，求解K40、铀系和钍系元素含量的比例，从而用于寻找含石油的岩层或确定煤层的位置。

此外，因煤中固定碳和挥发分中都不含放射性元素，因此对于同一灰分成分的煤种来说，自然γ辐射强度正比于煤中灰分的含量，其线性标准差可达0.6-1.3%。这被用于煤的灰分仪，通过对煤矿样本的预先校正，采用该原理的灰分仪测量自然γ辐射强度来检测煤堆、火车或汽车车厢内的煤和传送带上煤的灰分。但这种灰分的测量仅局限于同一煤层或同一煤矿的煤，而目前我国电站燃烧的煤炭存在煤质变化显著且大量配煤掺烧的情况，因此，采用该技术的灰分仪无法直接用于电站煤质的在线监测。

以上信息表明，现有γ射线煤质监测技术是在密闭容器内，采用放射源发出的γ射线照射煤样，根据煤内各成分吸收γ辐射的不同特性来进行煤质的监测的；现有自然γ辐射检测用于煤和石油的勘探中是采用三种易识别特征频率的γ辐射强度用来辅助判断地层的岩性，根据辐射强度的变化来辅助寻找煤层和油层，是诸多测井中的一种，不单独使用，需结合其它类型（声、电等）测井通过人工分析的方法进行地质勘探；现有应用于原煤的自然γ辐射检测通过检测煤的自然γ辐射强度用来进行煤矿出产的单一煤种灰分的估计，只对预设的单一煤种有效，无法获得其它煤质参数。

发明内容

为了解决现有煤质在线监测技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于自然伽马谱分析的火电厂煤质在线监测系统，能够快速、准确、连续的对火电厂的煤质进行在线监测，满足目前我国火电普遍煤质变化显著和配煤掺烧条件下自动控制系统对煤质参数的实时监测要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于自然伽马谱分析的火电厂煤质在线监测系统，包括自然γ能谱测量系统和煤质辨识系统10；

所述自然γ能谱测量系统，包括包裹在火电厂燃煤输送通道上一定长度的铅金属层3形成的防宇宙辐射干扰测量区，在防辐射干扰测量区安装的收集自然γ辐射射线的自然γ能谱测量探头4，和自然γ能谱测量探头4相连接的信号放大器5、稳谱控制系统6和电脉冲分析系统7；