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KJ841矿用煤炭自然γ射线灰分测量系统

经研究发现,岩石和土壤中均含有一定量的天然放射性元素(如钾、钍和铀等),煤碳也不例外,并且煤碳中的矿物质(灰分)比固定碳和挥发分含有更多的放射性元素,即煤碳发出的γ射线的粒子数量与其灰分的含量有关。

执行的主要标准

  1. 煤矿安全规程        2011
  2. 选煤厂安全规程      AQ1010-2005
  3. GB 3836.1-2008      爆炸性气体环境用电气设备,第1部分,通用要求;
  4. GB 3836.2-2008      爆炸性气体环境用电气设备,第2部分,隔爆型 “d”
  5. GB 3836.4-2008      爆炸性气体环境用电气设备,第4部分,本质安全型 “i”
  6. GB474               煤样的制备方法
  7. GB475               商品煤样采取方法
  8. GB/T19494-2004      煤炭机械化采样
  9. GB/T3358.1-1993     统计学术语
  10. EJ/T 1078-1998      γ辐射煤灰分测量仪
  11. GB/T 19952-2005     煤炭在线分析仪测量性能评价方法

 
 

原理概述

经研究发现,岩石和土壤中均含有一定量的天然放射性元素(如钾、钍和铀等),煤碳也不例外,并且煤碳中的矿物质(灰分)比固定碳和挥发分含有更多的放射性元素,即煤碳发出的γ射线的粒子数量与其灰分的含量有关。因此,对于一定质量的煤碳,通过检测其自身发出的γ粒子数量,结合重量等参数,经运算处理即可得到灰分含量。KJ841矿用煤炭自燃γ射线灰分测量系统既是运用上述原理,由煤流负荷检测装置(矿用隔爆型高精度电子皮带秤)得到煤流瞬时负荷信号,由高效率、高灵敏度的矿用隔爆型煤炭自然γ射线灰分传感器探测到γ射线的粒子通量,经主机快速运算,即可对煤炭的灰分含量进行在线测量,KJ841矿用煤炭自燃γ射线灰分测量系统已取得矿用产品安全标志可以在瓦斯矿井及煤尘有爆炸危险的场合使用。
 

 

 

结构特征与组成

KJ841矿用煤炭自燃γ射线灰分测量系统主要有矿用隔爆型煤炭自然γ射线灰分传感器、环境辐射屏蔽体、矿用隔爆型数据传输分站、煤流负荷称重检测装置、矿用隔爆兼本安型信号转换器、矿用隔爆兼本安型网络交换机、主机及灰分解析软件等部分组成。主要结构组成示意图如下所示:
 



1) 矿用隔爆型煤炭自然γ射线灰分传感器。煤中灰分传感器装在环境辐射屏蔽体内,置于上、下皮带中间,其双导轨支架紧贴于上皮带下侧,皮带上煤流发出的γ射线透过双导轨之间的探测窗进入探测器内部,被转换为电信号供分析仪处理。煤中灰分传感器的核心器件如闪烁晶体、光电倍增管、高压模块等封装在合金结构体内,不受振动、湿度的影响。传感器的响应时间快,能量分辨率高。
2) 环境辐射屏蔽体。环境辐射屏蔽体在输煤皮带上方,是一个内嵌有防辐射合金块的结构体,其具体外形尺寸取决于现场皮带。环境辐射屏蔽体将待测煤流与外界环境隔离开,可有效地屏蔽外界99%的环境射线,排除环境本底射线影响,以便更高效地探测煤流发出的γ射线。
3) 矿用隔爆型数据传输分站。传输分站由嵌入式计算机、专用分站软件、光纤以太网交换机、不间断电源、本安转换接口及防爆外壳组成,经特制的低阻抗信号电缆与矿用隔爆型煤中灰分传感器相连,对原始探测数据进行分析、处理、计算。传输分站的显示屏上实时显示动态参数。传输分站的接口种类丰富:可引入煤流负荷称重装置的4~20mA负荷信号,得到探测煤流的瞬时负荷;可输出4~20mA灰分信号,供自动控制系统使用;可输出以太网光信号,与主机交互数据;并预留有一路在线水分仪接口,可接入水分信号计算热值等。
4) 煤流负荷称重装置。煤流负荷称重装置包含有隔爆型称重传感器、秤架及隔爆型信号放大器等部件,是KJ841矿用煤炭自然γ射线灰分测量系统的必要组成部分,其采用悬浮式称重结构,安装于环境辐射屏蔽体下的皮带输送机上,目的在于所称重的煤流区域与煤中灰分传感器所探测的煤流区域为同一块区域,以提高灰分测量的置信度。煤流负荷称重装置与射线能谱分析处理仪之间由专用信号电缆相连,传输煤流实时负荷信息,用于灰分计算。煤流负荷称重装置的计量精度为0.5级,可向用户提供可信的产量信息。
5) 矿用隔爆兼本安型信号转换器。信号转换器将煤流负荷装置的基带信号转换为以太网光信号,将产量信息上传到主机,通讯距离可达10km
6) 主机。主机以IPC工控机为硬件平台,其配置为:3GHzCPU1TB,硬盘、4GB,内存、100M,网卡、DVD刻录光驱、MOXA485通讯卡、21寸液晶显示器等,并可根据需要外配打印机。
7) 灰分解析软件。灰分解析软件运行于主机上,解析传输分站上传的核探测数据,计算灰分。该软件可供用户查询、修改参数,提供实时和历史曲线,生成数据报表,极大的方便了用户的管理,提高了管理自动化水平。
8) 其他。根据用户的具体需求,可外配LED显示大屏现场显示灰分、可引入在线水分仪信号,在线计算热值、可输出产量的吨脉冲信号,用于自动控制等。
 

单台设备配置

序号

名称

规格型号

数量

1

主机

IPC3000SMART

1

2

KJ841矿用煤炭自然γ灰分测量系统软件

1.0

1

3

光电交换机

CK2006

1

4

矿用隔爆型称重传感器

GZD0.25L

4

5

称重桥架

ICS-ST-14H

1

6

矿用隔爆兼本安型信号放大器

FJX

1

7

防辐射屏蔽体

NGAM-2008

1

8

矿用隔爆型煤炭自然γ射线灰分传感器

GHT100

1

9

矿用隔爆型数据传输分站

KJ841-F

1

10

矿用设备开停传感器

GKT5L

1

11

矿用隔爆兼本安型光端机

KTG127(A)

1

12

煤矿用阻燃通信光缆

MGXTW-4B

依据
现场

13

煤矿用电力电缆

MVV-0.6

14

煤矿用通信电缆

   MHYVP1*4*7/0.28   



 

结构与特点


4.1功能
1) 精确在线测量煤质灰分,可给出10秒、1分钟,10分钟,小时及累计灰分;
2) 精确在线测量煤流累积量;
3) 预留水分仪接口,与水分仪结合,准确测量煤流水分;
4) 依据灰分、水分数据,校准发热量测量结果,得到更准确的燃煤发热量数据;
5) 提供完善的报表信息,给出10秒、1分钟,10分钟,小时灰分报表统计,可供区间查询;给出班产量、日产量报表统计、可供区间查询;
6) 具有网络功能,可接入企业局域网,实现网络数据共享;
7) 预置8种煤质的特征谱线参数。
4.2特点
1) 无放射源:没有辐射安全隐患,更安全;简化了管理,不存在与放射源有关的任何管理,运行成本低。
2) 实时性强:可测得最短10秒有效灰分,远优于有源灰分仪的实时性。
3) 适应性强:依据探测原理,灰分测量系统对灰分上限无限制的,对煤流量(面密度)无限制,适用于普通皮带机、钢丝芯皮带机上煤灰分的测量。
4) 安装简单:模块化设计,安装简便易行,整体结构防水、防振动。
5) 标定工作量少:可采用静态标定法,现场标定时可停皮带,只需静态铺煤,所以工作量相对于动态标定较少。
6) 全范围检测:对皮带上煤流的全断面进行灰分检测,灰分数据更准确、更具有代表性。
7) 灰分产量一体化:由于是全范围检测,可提供准确的灰分的同时还能提供准确皮带输送机上煤流的产量数据。
8) 全功能:可引入煤炭水分含量数据,自动运算、实时给出煤的发热量指标。

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