基于自然伽馬譜分析的火電廠煤質在線監測系統及方法技術方案

一種基于自然伽馬譜分析的火電廠煤質在線監測系統及方法，該系統包括自然γ能譜測量系統和煤質辨識系統；自然γ能譜測量系統包括自然γ測量探頭、信號放大器和與之相連的穩譜控制系統及電脈沖分析系統，穩譜控制系統和電脈沖分析系統通過數據接口和煤質辨識系統相連；監測方法為：通過實時測量煤的自然γ輻射特征并根據煤質和自然γ輻射特征樣本庫，辨識入爐煤種及其組分，計算煤質參數；能夠快速、準確、連續的對火電廠的煤質進行在線監測，滿足目前我國火電普遍煤質變化顯著和配煤摻燒條件下自動控制系統對煤質參數的實時監測要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及燃煤火力發電測控
，具體涉及ー種火電機組入爐煤質在線監測系統及方法。
技術介紹
由于發電用燃煤的市場化，電廠的燃煤供應很難保證一直燃用設計煤種，絕大多數火電廠的供給煤種類繁多，煤質波動較大，普遍存在配煤摻燒的現象，這對發電機組的自動控制帶來極大的難度，尤其對于現代超 臨界和超超臨界大功率機組，煤質的不穩定嚴重制約了機組控制和調節的性能。對入爐燃燒的煤質進行實時的在線監測，是鍋爐燃燒調整和機組協調控制的迫切要求。目前，煤質在線監測技術主要分為五大類，以現有國內外相關專利為例，主要技術分別采用X射線、Y射線、光分析、間接計算和采樣燃燒分析方法。其中精度較高應用最為廣泛的是基于X射線和Y射線的分析方法，這兩類方法都采用放射源發出輻射線對煤試樣進行分析，對人體有害，因此一般都在密閉容器內以采樣的方式進行分析，不能實現在線的連續監測。采樣燃燒和大部分光分析方法也存在同樣的問題，這也是目前煤質在線連續監測技術的主要瓶頸。自然Y輻射與有源的Y輻射和X射線輻射不同，是指天然礦物內部原生的極微量放射性元素發出的輻射線，在自然界的巖石、泥土中是廣泛存在的，也稱天然Y輻射，是自然環境本底輻射的一部分，因此，基于檢測自然Y輻射技術的設備并不附加任何有害放射線，對人體無害。自然Y射線來自天然放射性元素，主要包括鈾系、錒系、釷系元素和K40(鉀)、Rb87(銣)等。巖石和粘土中一般都含有不同數量的放射性元素，并且不斷地放出Y射線。不同的元素放出的Y射線能量是不同的，K40只能發出1.46MeV的、射線，釷系大部分、射線分布在I. 3MeV以下，在2. 62MeV處有明顯峰值，鈾系有各種能量的Y射線，大部分都分布在I. 3MeV以下，在I. 76MeV處有明顯峰值。地層中放射性元素的含量的多少，是由含有放射性元素的母巖，經過長期的地質作用，不斷分離和重新分布而形成的。它與巖石的類型、沉積環境、搬運過程、成巖后生作用、風化程度等等因素有關，這樣，我們就可以通過測量出巖石中各種放射性元素的相對含量，并推出上述各因素，從而應用于油田和煤礦的勘探開發。石油和煤炭勘探エ業上廣泛采用的自然Y測井，一般采用三能窗法，即捕捉I. 46MeV、l. 76MeV和2. 62MeV特征能量的、射線強度，求解K40、鈾系和釷系元素含量的比例，從而用于尋找含石油的巖層或確定煤層的位置。此外，因煤中固定碳和揮發分中都不含放射性元素，因此對于同一灰分成分的煤種來說，自然Y輻射強度正比于煤中灰分的含量，其線性標準差可達0.6-1. 3%。這被用于煤的灰分儀，通過對煤礦樣本的預先校正，采用該原理的灰分儀測量自然Y輻射強度來檢測煤堆、火車或汽車車廂內的煤和傳送帶上煤的灰分。但這種灰分的測量僅局限于同一煤層或同一煤礦的煤，而目前我國電站燃燒的煤炭存在煤質變化顯著且大量配煤摻燒的情況，因此，采用該技術的灰分儀無法直接用于電站煤質的在線監測。以上信息表明，現有Y射線煤質監測技術是在密閉容器內，采用放射源發出的Y射線照射煤樣，根據煤內各成分吸收Y輻射的不同特性來進行煤質的監測的；現有自然Y輻射檢測用于煤和石油的勘探中是采用三種易識別特征頻率的Y輻射強度用來輔助判斷地層的巖性，根據輻射強度的變化來輔助尋找煤層和油層，是諸多測井中的ー種，不單獨使用，需結合其它類型(聲、電等)測井通過人工分析的方法進行地質勘探；現有應用于原煤的自然Y輻射檢測通過檢測煤的自然Y輻射強度用來進行煤礦出產的単一煤種灰分的估計，只對預設的単一煤種有效，無法獲得其它煤質參數。
技術實現思路
為了解決現有煤質在線監測技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種，能夠快速、準確、連續的對火電廠的煤質進行在線監測，滿足目前我國火電普遍煤質變化顯著和配煤摻燒條件下自動控制系統對煤質參數的實時監測要求。為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案一種基于自然伽馬譜分析的火電廠煤質在線監測系統，包括自然Y能譜測量系統和煤質辨識系統10 ；所述自然Y能譜測量系統，包括包裹在火電廠燃煤輸送通道上一定長度的鉛金屬層3形成的防宇宙輻射干擾測量區，在防輻射干擾測量區安裝的收集自然Y輻射射線的自然Y能譜測量探頭4，和自然Y能譜測量探頭4相連接的信號放大器5、穩譜控制系統6和電脈沖分析系統7 ；所述穩譜控制系統6的輸入端和自然Y能譜測量探頭4相連接，輸出端通過數據接ロ 8和煤質辨識系統10相連接，采用內置的溫度校正曲線對自然Y能譜測量探頭4的放大系數進行粗調，井根據典型放射元素特征能量進行細調，保證自然Y測量探頭4的輸出精度；所述電脈沖分析系統7的輸入端和信號放大器5相連接，輸出端通過數據接ロ 8和煤質辨識系統10相連接，將信號放大器傳來的電脈沖信號，根據脈沖幅度分多個能量窗進行脈沖計數；所述煤質辨識系統10的輸入端通過數據接ロ 8分別和穩譜控制系統6以及電脈沖分析系統7相連接，輸出端和電廠的控制系統相連接，根據電脈沖分析系統7各能量窗脈沖計數值，獲得目標煤粉的自然Y輻射譜的特征向量，在預先標定好的各典型煤質自然Y輻射譜特征向量庫中基于最小化自然Y輻射譜特征向量偏差的原則進行入爐煤的煤種組分的辨識，井根據各典型煤種的煤質參數采用下式(I)的計算方法計算入爐煤的發熱量、揮發分、灰分和水分。Mobj=^Mia,'式中Mtjbj表示所求的入爐煤的發熱量、揮發分、灰分或水分參數Wi表示與所求參數對應的第i組分的發熱量、揮發分、灰分或水分參數；a ,表示辨識出來的第i組分所占的質量百分比；N為辨識出來的組成被測煤的典型煤種數量。所述自然Y能譜測量探頭4由低鉀NaI晶體和光電倍增管組成，安裝于煤粉的輸送通道側壁上。上述所述的基于自然伽馬譜分析的火電廠煤質在線監測系統的監測方法，通過實時測量煤的自然Y輻射特征并根據煤質和自然Y輻射特征樣本庫，辨識入爐煤種及其組分，計算煤質參數。所述通過實時測量煤的自然Y輻射特征并根據煤質和自然Y輻射特征樣本庫，辨識入爐煤種及其組分，計算煤質參數的具體方法為首先，燃煤輸送通道I內輸送的煤2中灰分所含放射性元素不斷放出的部分自然Y射線被安裝于通道側壁上的自然Y能譜測量探頭4吸收，轉換為電信號送到信號放大器5放大后輸出可供脈沖分析的電脈沖信號并送至電脈沖分析系統7;與此同時，穩譜控制系統6通過安裝于自然Y能譜測量探頭4內 部的溫度傳感器，獲得溫度信號，根據穩譜控制系統6內置的溫度校正曲線對自然Y能譜測量探頭4的放大系數進行粗調，井根據典型放射元素特征能量進行細調，保證自然Y能譜測量探頭4的輸出精度；隨后，電脈沖分析系統7根據設置的多個能量窗，對接收到的對應能量的脈沖進行計數，并以At時間為周期進行計數結果的保存并傳遞給煤質辨識系統10，隨后，煤質辨識系統10以At時間為周期，統計當前時間之前n個At時間內各能量窗的計數結果，生成測量煤質自然Y輻射特征編碼，煤質辨識系統10內部的智能辨識算法對已知煤種的特征編碼進行組合，并與實測特征編碼進行比較，直至最小化自然Y輻射譜特征向量輸出偏差，辨識得出各典型煤種的摻混比例a i，據此參考各煤種樣本的發熱量、揮發分、灰分和水分，根據式(I)計算被測燃煤的混合發熱量、揮發分、灰分和水分，供電廠的控制系統使用。本專利技術基于自然伽馬譜分析的火電廠煤質在線監測系統的核本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于自然伽馬譜分析的火電廠煤質在線監測系統，其特征在于：包括自然γ能譜測量系統和煤質辨識系統（10）；所述自然γ能譜測量系統，包括包裹在火電廠煤粉的輸送通道上一定長度的鉛金屬層（3）形成的防輻射干擾測量區，在防輻射干擾測量區安裝的收集自然γ輻射射線的自然γ能譜測量探頭（4），和自然γ能譜測量探頭（4）相連接的信號放大器（5）、穩譜控制系統（6）和電脈沖分析系統（7）；所述穩譜控制系統（6）的輸入端和自然γ能譜測量探頭（4）相連接，輸出端通過數據接口（8）和煤質辨識系統（10）相連接，采用內置的溫度校正曲線對自然γ能譜測量探頭（4）的放大系數進行粗調，并根據典型放射元素特征能量進行細調，保證自然γ測量探頭（4）的輸出精度；所述電脈沖分析系統（7）的輸入端和信號放大器（5）相連接，輸出端通過數據接口（8）和煤質辨識系統（10）相連接，將信號放大器傳來的電脈沖信號，根據脈沖幅度分多個能量窗進行脈沖計數；所述煤質辨識系統（10）的輸入端通過數據接口（8）分別和穩譜控制系統（6）以及電脈沖分析系統（7）相連接，輸出端和電廠的控制系統相連接，根據電脈沖分析系統（7）各能量窗脈沖計數值，提取目標煤粉的自然γ輻射特征向量，根據預設的典型煤質特征向量組進行目標煤種及組分的辨識，并根據預設煤種的煤質參數，計算被測煤粉的發熱量、揮發分、灰分和水分參數。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：高林，王田，
申請(專利權)人：西安熱工研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：