Способ контроля вещественного состава твердого топлива Советский патент 1988 года по МПК G01N23/223 

1139

Изобретение относится к способам анализа состава вещества, а именно к способам определения состава угля с помощью гамма-излучения.

Целью изобретения является одновременное определение зольности угля и содержания кальция в золе при больших диапазонах их колебаний.

ности угля и содержания кальция в золе. Однако экспериментальные зависимости интенсивности ослабленного вторичного излучения от толщины фильтра (фиг. 1) строго однозначны для каждой пары значений (зольность, содержание кальция), в то время как для фиксированных значений толщины фильт

Изобретение относится к способам ядерно-физического анализа состава вещества. Цель изобретения - одновременное опредление зольности угля и содержания кальция в золе при больших диапазонах их колебаний. Образец исследуемого топлива облучают гамма-излучением с энергией, меньшей энегии К-края поглощения железа, и регистрируют зависимость интенсивности вторичного излучения, ослабленного фильтром, от толпр1Ны фильтра. Для этого фильтр переменной толщины в форме клина перемещают перед окном детектора вторичного излучения так, чтобы в процессе измерения его толщина в месте прохождения вторичного излучения изменялась от нуля до некоторого максимального значения. Послел- няя выбирается такой, чтобы интенсивность ослабленного фильтром максимальной толщины излучения при максимально возможной зольности угля не зависела от содержания кальция в золе. Затем в семействе предварительно построенных градуировочиых зависимостей интенсивности вторичного излучения от толщины фильтра, каждая из которых строго однозначно определена зольностью и содержанием кальция в золе, находят зависимость, совпадающую с измеренной, и тем самым определяют одновременно и зольность угля, и содержание кальция в золе. 2 ил. (О (Л со со ГчЭ 4

На фиг. 1 представлены зависимости Q pa может иметь равенство измеренных

интенсивности вторичного излучения от толщины полиэтиленового фильтра для углей с различной зольностью и содержанием кальция в золе; на фиг. 2 - структурная схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Представленные на фиг. 1 зависимости 1, 2 и 3 относятся к углям с зольностью, равной 7%, и содержанием кальция в золе, соответственно равным 3, 10 и 20% зависимости 4, 5 и 6 - к углям с зольностью, равной 20%, и содержанием кальция, соответ15

20

значений интенсивностей для углей с различными зольностью и содержанием кальция.

Из зависимостей на фиг. 1 видно, что в области малых значений толщин фильтра (поверхностная плотность d 0) максимум интенсивности соответствует углю с максимальной зольностью и максимальным содержанием кальция в золе (см. кривую 9). Это свидетельствует о преобладающем вкладе флуоресцентного излучения кальция во вторичном излучении. В области больших значений тол1чин фильтра (d

ственно равным 3, 10 и 20%, а зависи-25 -84 мг/см) максимальная интенсивность

мости 7, 8 и 9 - к углям с зольностью, равной 40%, и тем же содержанием кальция в золе.

Установка для осуществления предлагаемого способа содержит источник 10 нуклида железо-55 в контейнере- коллиматоре 11, блок 12 детектирования с пропор 1иональным детектором CU-IIP 13, анализатор 14 импульсов БРА-1 и клинообразный фильтр 15 с устройством 16 протяжки, синхронизированным с движением ленты самопишущего прибора 17.

Сущность способа состоит в следующем.

Вторичное от угля излучение состоит из флуоресцентного излучения кальция (3,7 кэВ) и рассеянного углем первичного излучения (,9 кэВ) . Значения интенсивностей этих излучений зависят от зольности угля и содержания в золе кальция. При прохождении через ослабляющий фильтр преимущественное ослабление будет претерпевать флуоресцентное излучение кальция по сравнению с рассеянным излучением из- за существенной разности массовых коэффициентов ослабления. Например, для полиэтилена массовые коэффициенты ослабления этих излучений составляют соответственно 4,5 и 9,4 . Ин- тенсивность вторичного излучения, прошедшего через фильтр переменной толщины, сложным образом зависит от золь

5

0

значений интенсивностей для углей с различными зольностью и содержанием кальция.

Из зависимостей на фиг. 1 видно, что в области малых значений толщин фильтра (поверхностная плотность d 0) максимум интенсивности соответствует углю с максимальной зольностью и максимальным содержанием кальция в золе (см. кривую 9). Это свидетельствует о преобладающем вкладе флуоресцентного излучения кальция во вторичном излучении. В области больших значений тол1чин фильтра (d

0

5

0

5

0

соответствует углю с минимальными зольностью и содержанием кальция (см.кривую 1) ,что свидетельствует о превалирующем действии рассеянного излучения.

Р1з-за преобладающего ослабления флуоресцентного излучения кальция по сравнению с рассеянным излучением все кривые, соответствую1цие углям одной зольности, но различным содержаниям кальция в золе, пересекаются при определенной толищне фильтра. Например, при d 60 мг/см полиэтилена наблюдается пересечение кривых 7-9, свидетельствующее о независимости при этой толщине фильтра интенсивности вторичного излучения от колебаний содержания кальция в золе, если зольность этих углей равна 40%. При зольности 20% пересечение кривых с различным содержанием кальция наступает при d 48 мг/см и т.д.

Таким образом, угол с определенной зольностью и содержанием кальция имеет строго индивидуальную зависимость интенсивности вторичного излучения от толщины фильтра. Это позволяет одновременно определять как зольность угля, так и содержание кальция в золе.

Максимальную толгцину клинообразного фильтра определяют по точке пересечения зависимостей с различными содержаниями кальция в золе и максимально возможной зольностью.

В качестве материала фильтра выбран полиэтилен в силу удобства его обработки для придания необходимой формы. Фильтром может служить любой легкий элемент, например алюминий.

Длина фильтра и закон нарастания толщины по длине не являются строгими величинами. Чем меньше длина фильра, тем скоростьего перемещения пере окном детектора должна быть меньше (и наоборот), чтобы набрать достаточное число отсчетов при заданном времени измерения.

При выбранной длине полиэтилено- вого фильтра 20 см скорость его перемещения была выбрана равной 10 м/ч (время одного измерения около 1,2 ми

Допустим отклонения от клиновидно ти фильтра, так как они учитываются при градуировке прибора. Однако существенные скачки толщины фильтра затрудняют интерпретацию результатов измерения.

Зольность угля и содержания каль- ция в золе согласно предлагаемому спсобу определяют следующим образом.

Исследумая проба 18 облучается излучением источника 10. В пробе возникает флуоресцентное излучение кальция и рассеянное гамма-излучение. Эти излучения попадают в блок 12 детектирования, предварительно пройдя через ослабляющий фильтр 15. Последний в процессе измерения перемещается перед окном детектора 13, ослабляя в различной степени составляющие вторичного излучения от пробы. В анализаторе 14 происходит усиление импульсов, их формирование и преобразование в аналоговую форму.

Аналоговый сигнал фиксируется на ленте самопишущего прибора 17. Для получения на ленте прибора зависимости интенсивности вторичного излучения, ослабленного фильтром, от толщины фильтра, движение ленты синхронизировано с перемещением фильтра,

В момент начала измерения толщина фильтра равна нулю. В момент окончания измерения толщина фильтра (конечная толщина) выбирается такой, чтобы для угля с максимально возможной зольностью например 40%, измеренная инQ

0

5

о

5

0

5

0

5

тенсивность не зависела от изменения содержания калы1 1я в золе в максимально возможных пределах, например 3-20%. В данном случае конечная толщина составила 60 мг/см .

Сравнивая измеренную зависимость интенсивности ослабленного вторичного излучения от толщины фильтров с семейством подобных градуировочных зависимостей определяют одновременно как зольность угля, так и содержание кальция в золе.

Способ апробирован на пробах Карагандинских и Канско-Ачинских углей. Зольность менялась в диапазоне 8,3- 36%, а содержание кальция в золе 3-18%. Средняя квадратическая погрешность определения зольности твердого топлива и содержания кальция в золе составила соответственно 0,52 и 0,8%.

Формула изобретения

Способ контроля вещественного состава твердого топлива, заключающийся в его облучении гамма-излучением с энергией, меньшей энергии К-края поглощения железа, и регистрации ослабленного фильтром вторичного излучения, о тли ч а ющийс я тем, что, с целью одновременного определения зольности угля и содержания кальция в золе при больших диапазонах их колебаний, в процессе измерения перемещают фильтр переменной толщины в форме клина, максимальную толгдину которого выбирают из условия, чтобы при максимально возможной зольности угля измеренная интенсивность ослабленного фильтром вторичного излучения не зависела от содержания кальция во всем диапазоне его колебаний, регистрируют зависимость интенсивности вторичного излучения от толщины фильтра и одновременно определяют зольность и содержание кальция в золе, находя в семействе предварительно построенных зависимостей ослабленного фильтром вторичного излучения от толгщны фильтра, каждая из которых измерена с градуировочным образом с известной зольностью и содержанием кальция, зависимость, совпадающую с измеренной.

2 О

180 (Ъ iti

I

|«

I

S

L

I -М

J2

I ... , ..... .,..-.,.- ч X vN

Ю

Фиг. 2

r. -I , Викторов

Po/MKTOj Л, i,v-.;;Mii:i глрел М.Дидык

Закач 8 Я Я/ -4 г- иряж Н 7Подпис}юе

.i HHIiH Гссударс 1 HeHiioro комитета СССР

по at-:is - 1 :1оО;)1 тс-ний и открытий 113033. MiVKiia, Ж-ЗЗ, Раупсьая наб,, д. 4/5

/v

)6

/7

Корректор З.Бутяга