中子活化型在線分析儀的研發(fā)及應(yīng)用
一、成分在線檢測的技術(shù)路線
1、基于電磁波特性的現(xiàn)代檢測技術(shù)
用于在線檢測的電磁波
超聲波、微波、 紅外、激光、紫外、X射線、γ射線等
用于檢測的電磁波特性
- 強度、頻率、相位變化
- 反射、折射、波形變化
- 相關(guān)性、變化率
- 核輻射、核反應(yīng)等
2、礦石&煤炭成分在線檢測技術(shù)
紅外
激光
X射線
γ射線等
工業(yè)化應(yīng)用最成熟的:
- X熒光
- 瞬發(fā)γ中子活化技術(shù)(PGNA, Prompt Gamma-ray Neutron Activation)
Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis (PGNAA )分析法
3、在線分析儀系統(tǒng)構(gòu)成
4、PGNA在線檢測流程
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5、典型伽瑪能譜
6、能譜分析
7、PGNAA測量靈敏度
靈敏度(%) |
元素 |
<0.01% |
Cl, Sc,Ti,Ni,Cd,Hg,Sm,Gd,Dy,Ho |
0.01-0.1% |
S,V,Cr,Mn,Fe,Co,Cu,Rh,Ag,In,Hf,Ir,Au,Nd,Eu,Er,Yb,H |
0.1-0.3% |
N,Na,Al,Si,K,Ca,Ga,Se,Y,Cs,La,W,Re,Os,Pt,Pr,Tm |
0.3-1.0% |
Li,Be,Mg,P,Zn,As,Mo,Te,I,Ta,Pb,Ce,Tb,Lu,Th,U |
1.0-3.0% |
C,Ge,Br,Sr,Zr,Ru,Pd,Sb,Tl |
>3.0% |
Other Elements |
* Table taken from “On-Line Prompt Gamma Neutron Activation Analyzers, Published in the Process/Industrial Instrument and Controls Handbook, Editor-Gregory K. McMillan, Fifth Edition, McGraw Hill, 1999. ** Three sigma detection limit in 10 minutes within an elementary simple rock matrix, ≥150mm thick |
8、影響分析儀測量精度的因素
檢測范圍
檢測時間
皮帶成分(尤其是Cl,是否是鋼絲皮帶)
料層厚度(最低厚度及厚度變化)
物料中水分變化
皮帶運行是否跑偏
物料顆料等
分析模型及模型參數(shù)要能夠補償或抵制上述因素的影響,而保持穩(wěn)定的分析性能
二、國內(nèi)外研究發(fā)展概況
1、PGNA發(fā)展歷程
上世紀七十年代,美國能源部立項支持PGNA研究
1985年:第一臺元素分析儀商業(yè)化應(yīng)用(榴槽式),誕生了專業(yè)制造公司--美國Gamma-Metrics
~1993年:由于價格高($80萬元+$50萬元),性價比低,全球僅銷售30多臺元素分析儀(IEA)
1994年:第一臺跨帶式元素分析儀問世并用于水泥廠
至2000年,技術(shù)進步推動性價比提高,逐漸為市場廣泛接受,形成4個專業(yè)制造商,累計銷售300多套
2001年:跨帶式元素分析儀第一次用于煤炭檢測
至今,全球已銷售1000余套,用于水泥、煤炭、發(fā)電、冶金等行業(yè)。
國外專業(yè)廠家產(chǎn)品圖
2、國內(nèi)研究與應(yīng)用
1995年,已見相關(guān)的研究報道
1997年,湖北鄂州電廠2×300MW機組建設(shè)時,在輸煤系統(tǒng)中成套引進了在線分析儀
2000年前后,華新水泥廠、琉璃河水泥廠購買
2003年琉璃河水泥廠在水泥行業(yè)最先應(yīng)用成功
2002-2007年前,發(fā)電廠有20多套的應(yīng)用(測煤)
2007年后,水泥廠應(yīng)用在線分析儀進行在線檢測,并自動配料(配礦)日漸增多,至今已購買近百套。
至2010年,在國內(nèi)應(yīng)用的均為國外產(chǎn)品
2010年,國內(nèi)自主品牌產(chǎn)品問世,擁有自主知識產(chǎn)權(quán),并商業(yè)化應(yīng)用于水泥、煤碳和發(fā)電企業(yè)。[Page]
三、MCP型在線分析儀的研發(fā)及應(yīng)用
1、研發(fā)歷程
1996年啟動研究開發(fā)工作(南京大陸)
前期獲國家科技部、國家經(jīng)貿(mào)委立項支持
2001年始與法國、美國兩專業(yè)公司技術(shù)合作
2004年進一步獲得國家發(fā)改委民用非動力核技術(shù)專項立項支持
已形成兩種類型產(chǎn)品:
MCP-C型(使用同位素中子源)
MCP-E型(使用電可控中子發(fā)生器)
已成功應(yīng)用到水泥、煤炭、發(fā)電企業(yè)
2、MCP-C型在線分析儀
同位素中子源Cf-252
可準確分析礦石中各氧化物
中子源無需控制電路,系統(tǒng)簡潔,成本較低
放射源管理嚴格,運輸、維護需專業(yè)人員
電可控中子發(fā)生器(微型加速器)
可ON/OFF,切斷電源后無放射性中子
可檢測高精度檢測C、O元素
運輸、安裝維護、日常管理方便
系統(tǒng)復(fù)雜,成本高
電可控中子管分析儀VS 同位素源分析儀
兩種分析儀比較總結(jié)
?。?)、在測量性能方面,MCP-C型、MCP-E型兩種在線分析儀都能滿足水泥行業(yè)對石灰石、生料的檢測要求
?。?)、MCP-C型同位素中子源分析儀的優(yōu)點是系統(tǒng)簡潔、成本價格低,其缺點是同位素放射源252Cf采購、運輸、使用維護等復(fù)雜,管理要求嚴格
?。?)、MCP-E型電可控中子發(fā)生器型分析儀優(yōu)點是中子源可關(guān)斷,使用維護方便;缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜,成本價格較高。
?。?)、MCP-E型電可控中子發(fā)生器型分析儀在測量煤炭時具有突出的優(yōu)勢。
性能標定
Ca測試性能
Si測試性能
Fe測試性能
Al測試性能
H 測試性能
S 測試性能
K 測試性能
C 測試性能
O 測試性能
石灰石(生料)檢測性能保證值
在線分析儀在水泥廠應(yīng)用方案
典型應(yīng)用方案
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應(yīng)用方案一:數(shù)字化建堆&自動配礦 (配圖)
應(yīng)用方案二:按成分變化實時自動配料 (配圖)
典型應(yīng)用
部分應(yīng)用數(shù)據(jù)
按天統(tǒng)計2012年7月21日至26日的日平均偏差。KH平均偏差0.003,最大偏差0.018,標準差0.013;CaO平均偏差0.058,最大偏差0.238,標準差0.15。
發(fā)展展望
在線分析儀應(yīng)用價值最大化實現(xiàn)取決于:
分析儀性能、應(yīng)用系統(tǒng)(軟件)、工藝改進
成分在線分析儀在水泥行業(yè)的應(yīng)用會日漸增多并普及
礦石品位下降,成份日趨復(fù)雜變化
資源合理化利用、節(jié)能降耗、兩化發(fā)展的推動
價格會進一步降低,性價比提高
國產(chǎn)品牌,具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品會被越來越多的客戶接受,市場份額會提高,且會發(fā)展到占主導(dǎo)地位
具有自主知識產(chǎn)權(quán)國產(chǎn)品牌健康發(fā)展的要素:
必須掌控核心技術(shù)(伽瑪能譜分析技術(shù)),分析精度必須達到國際先進水平,性能不比進口產(chǎn)品差
中子源、探測器關(guān)鍵部件先期采用進口部件,逐步提高硬件的國產(chǎn)化率
推動電可控中子發(fā)生器的開發(fā),替代同位素放射源,發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢
穩(wěn)定制造、調(diào)試、標定等工藝,提升產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,著力打造樣板示范工程
發(fā)揮本地化售后服務(wù)優(yōu)勢,提供更快捷、更低廉的專業(yè)化售后服務(wù)
針對中國礦石特性、資源特點和行業(yè)國情,開展針對性的應(yīng)用創(chuàng)新,不僅提升分析性能,還要能能面向客戶特定需求,設(shè)計整體解決方案,定制應(yīng)用軟件,實施先進的測控系統(tǒng),提供交鑰匙工程服務(wù)。
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