TN-3000采样机配合型快速煤质监测仪
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明
书
陕西泰宁机电设备有限公司
电话：029-********
地址：西安市翠华路9号
简介
我公司融合国内外先进的核测量技术、计算机控制技术，在TN型快速煤监测仪的基础上，于2008年初完成了TN-3000 型在线快速煤质监测仪的研制并投入批量生产。该仪器可广泛应用于火力发电厂、选煤厂、煤矿、炼焦厂、水泥厂、化肥厂、钢铁厂等大量使用精煤、原煤的单位，并且能快速测量出煤炭的灰分值、发热量等重要指标。该仪器具有性能稳定、监测快速、操作简便、实时反映煤质情况及不必配备采制样机、无人为因素干扰等特点。此仪器对实时指导煤粉调配，优化锅炉燃烧，对降低企业的生产成本、加强企业管理效率、稳定生产、合理利用宝贵的煤炭资源具有显著的经济效益和社会效益。
一、工作原理
1.1 TN-3000型快速煤质监测仪工作原理：
TN-3000型快速煤质监测仪工作原理如下图：
2
1、高压
2、信号线
3、光电倍增管
4、皮带煤
5、源
6、铅屏蔽体
图1.1 原理图
煤炭中碳氢硫等组成的有机物以及碳都是可燃烧性物质，在煤炭中这些物质的元素含量虽然不同，但是大体上原子序数都比较低，平均值为6左右。
煤灰中硅铝钙铁的氧化物以及盐类物质是代表着不可燃烧的物质，即灰分，这些元素的原子序数都比较大，灰分的平均原子序数大于12。
参看表１.1：
表1.1 不可燃物质原子序数表
由以上所述，可燃物质与灰分之间平均原子序数相差大于6左右，可以利用这个差异值的物质特性来检测灰分值含量及热值。
本仪器用双源 射线穿透法来测试灰分值。其中低能Am源用来监测煤质灰分，中能Cs源来消除厚度密度带来的影响。得出公式Ash=kR+b。（R为被吸收后的Am源、Cs源特性参数之比）
由于不同煤层所含元素有所差异，特别是硫元素、铁元素对测试的影响显著，故应分矿监测。
1.2水分测量探测器
原理：FDR (Frequency Domain Reflectometry) 频域反射仪是根据煤炭、土壤介电特性测量含水量的仪器，从电磁角度看，含水由4 种介电物质组成: 空气、固体物质、束缚水和自由水。在无线电频率标准状态时(20 ℃，1 大气压)，纯水的介电常数是80. 4，煤炭、土壤固体约3～7，空气为1。由于水的介电常数远远大于煤炭、土壤基质中其它材料的介电常数和空气的介电常数，因此煤炭、土壤的介电常数主要依赖于煤炭、土壤的含水量。
图1.2 FDR水分测量装置示意图
FDR根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的介电常数(ε)，从而得到土壤容积含水量(θ)。
水分传感器由于采用先进的半导体电子技术和信息集成电路技术，结构简单。我们自己设计制作的含水率测量仪如图1.2所示
FDR水分测量装置原理框图和各电路图分别如图1.10～1.1４所示。
图1.10 FDR 水分测量装置原理框图
各部分功能：
单片机通过D/A （数/模）转换控制调频电源输出调频电压，控制真振荡器的输出频率。
调频电源：单片机通过Ｄ／Ａ产生时序精度很高１Ｖ~4Ｖ的调频电压。
压控振荡器信号源（电路图如图1.11所示），受１Ｖ~4Ｖ控制电压产生５０Ｍ~１００Ｍ等幅正弦信号，对照关系如下：
１Ｖ→５０Ｍ ………… ４Ｖ→１００M
射极跟随器（电路图如图2.12所示）：当负载直接连接于振荡电路，则振荡电路频率将随负载变动而改变，射极跟随器主要起隔离作用，使振荡器频率不随负载变化而变化。
探头（电路图如图2.13所示）：主要是选频谐振电路当振荡器输出频率与谐振电路一致时，通过谐振电路后频率不变。当振荡器输出频率大于谐振频率时，这时谐振电路呈容性c 1X 2fc
π=
，对地阻抗变小，输出信号幅度变小；当振荡器输出频率小于谐振频率时，
这时谐振电路呈感性X 2l fl π=，对地阻抗变小，输出信号幅度变小；探头的插针起到电容（Ｃ）的作用。谐振频率
0f =
Ｃ值随介质中的水分变化而变化，谐振频率也相应变化。但谐振频率与水分含量有对应的函数关系。
频率为５０~１００ＭＨｚ扫频信号通过这个谐振电路，当信号频率小于f
０
(谐振频
率)或大于f
０( 谐振频率)时，信号由于阻抗小所以幅度变小。当扫频信号等于f
０
时，信
号没有衰减。由A/D变换后输入单片机。由于频率信号是由调频信号控制，而调频电压对应有精确的时序，则可将水分与时间建立起对应关系。
检波器（电路图如图1.14所示）：检测扫频信号的电压并将信号整形放大。
A/D：将检波器送入的信号幅度及时转变为数字信号送入计算机处理找出最大幅度的信号对应的时间。仪器工作时
图1.11 FDR水分测量装置控振荡器电路图
图1.12 FDR水分测量装置射极跟随器电路图
图1.13 FDR水分测量装置谐振电路图
图1.14 FDR水分测量装置检波电路图
FDR水分测量装置的最终输出数据为电压值，输出值与含水率呈线性相关系。所以需要对输出值进行标定。
图1.15 FDR水分测量装置电压拟合曲线
1.3入炉煤取样装置概述
入炉煤取样装置是针对运煤皮带采样而设计的机械化采样设备，按布置位置不同，可分为皮带中部采样和皮带端部采样两种型式，主要包括：采样器系统、落料溜槽系统、破碎机、在线检测系统、余煤处理系统（螺旋机及斗式提升机）、控制系统等部分。
1.3.1特点：
1、采样时间间隔由在线程控控制；
2、采样头动作速度快，能较好的取得全断面子样，更具代表性；
3、系统密闭性好，减少了系统水分损失；
4、采用专用破碎机，不易堵塞；
5、系统布置灵活、标准设备多样配接。
1.3.2配置介绍
中部入炉煤取样装置主要由采样系统、落料溜槽系统、破碎机、在线检测装置、余煤处理系统、控制系统等部分组成。
1、采样器系统：
该采样器采用旋转式结构，用旋转电机作为原动力，通过传动机构将电机的连续旋转运动转变为取样臂的运动，以满足采取全断面的运动要求。
2、落料溜槽系统：
采样臂将全断面煤拨取出来进入接料斗，再落入下料管，能将样品均匀地输入破碎机，可避免短时间大流量煤堵塞破碎机。其结构采用密闭形式，可防止粉尘污染，减少水份损失。
3、破碎机：
采用环锤破碎机，该机充分考虑了制样过程的特点，破碎粒度适中，不易堵煤。
4、余煤回送系统：
采用专门为余煤处理系统设计的斗式提升机和螺旋输送机，把弃煤返送回皮带机。提升斗不粘结，不堵煤。节省空间，便于现场布置。
5、控制系统：
采用可编程控制器，可实现系统自动控制，兼备远程/就地控制，无论远控或近控都能实现无人值守。
二、主要技术性能
2.1 使用环境条件
环境温度：控制室10?C—30?C
测试架：常温
相对湿度：≤ 85%
工作电源：测试架380V±10%，50Hz，容量25KVA
控制室220V±10%，50Hz，容量1KVA
2.2 技术指标
入料煤样粒度：≤25mm
出料煤样粒度：≤13mm
测量时间：30秒---240秒/次可选
存储时间: 每次测量均存储，存储记录仅受硬盘容量限制
测量方式：根据采样机信号进行单次测量或者连续测量。
精密度：
·发热量,一般小于1MJ/kg １
2.3 环境辐射水平
2.3．1 国家“核仪器基本安全要求”标准的有关规定如下：
①仪器外表面5cm的剂量率≦7.5μsv/h。
②仪器外表面１m的剂量率≦2.5μsv/h。
2.3．2 陕西省卫生防疫站2003年8月监测结果如下：
①监测仪器外表面5cm的剂量率1.20μsv/h。远小于规定值。
②距仪器外表面１m的剂量0.26μsv/h。远小于规定值。
2.3．3 陕西省卫生防疫站2004年9月监测结果如下：
①监测仪器外表面5cm的剂量率1.87μsv/h。远小于规定值。
②距仪器外表面１m的剂量0.30μsv/h。(自然本底值为0.18μsv/h)。
由云南省环境放射性监督管理所出具的《小龙潭发电厂TN-2000在线快速煤质监测仪工作环境辐射水平检测报告》的监测结果为：
在正常工作情况下，即使有人在距源100cm处每天工作8小时，按每年300 工作日的情况假设。那么其所受到的年附加剂量约为0.005—0.014mSv,是GB8703-88《辐射防护规定》中公众成员年有效剂量当量限值的0.5--1.4%。所以，该装置的的辐射环境是安全的。
三．结构和特点
3.1 结构(示意图)
图3.1快速煤质分析仪的系统结构
其中：测试架里装有双能γ源及光电倍增管并通过前置放大输出；电气箱里装有高低压电源，滤波电源，电机驱动模块，恒温装置及手动按钮站；电气柜
里包含有滤波电源、低压电源、放大板、道分析器、端子板及工控机等。
3.2 同传统的化验方法比，本仪器属非接触测量，快速高效，是指导电厂、煤矿、
水泥厂、炼焦厂、选煤厂等用户用煤、配煤、优化锅炉燃烧的最佳选择。
3.3本仪器可以同时存放多条曲线。
3.4本仪器测量是连续扫描监测，实时性强，误差小。
3.5本仪器在设定时间内给出测试结果。
3.6选用高可靠性的微型计算机，专用硬件接口，用工控专用C语言开发的软件，
界面良好，使用、维护及修改方便。
3.7 有与上位机接口，可联网使用。
3.8 通过D/A转换，实时测试的数据以4～20mA电流量送至DCS系统（公共端为+12V）。
3.9 可采用一拖二方式使用，即可监测两条皮带，根据现场给出的皮带开停信号，
实时切换主界面。
四.软件使用说明
4.1 软件简要说明
软件运行在d:\TN3000目录下，其目录内有以下文件：
1、TN3000 Server.exe为煤质分析的服务器软件，负责整个系统的通信、运算、数据
后期处理、控制等功能，是系统的核心软件。
2、TN3000 DataAnalyse.exe为曲线分析软件，用于曲线标定、曲线修改等功能。
3、System.pas为整个系统的配置文件。
4、Device1.cfg为设备1的配置文件，本系统可以由一台服务器连接多个测试设备，
每个测试设备均有一个设备配置文件，用于保存该设备的相关信息和配置。
5、Curve1.cfg为设备1的曲线配置文件，保存了设备1测试时需要的所以曲线信息。
6、LED1.cfg为设备1的LED显示屏的配置文件，记录了LED显示屏的显示内容、显
示间隔时间等信息。
7、MeasuredData1.his为设备1的测试历史数据，记录了每次测试的测试时间、测试
结果等信息。
8、TN3000.mdb为本地数据库。
4.1 总体测试过程
本系统主要配合采样机进行快速煤质测量，测试过程如下：
图4.1 煤质分析的总体过程
4.2 煤样测试
主运行界面分为两部分，左侧为测试信息区，右侧为操作面板，如下图所示：
图4.2 系统的主运行界面
当采样机将煤样准备好后，会给煤质分析系统发送一个继电器触点信号，煤质分析系统收到该信号后会在主运行界面进行提示，如图4.3所示：
图4.3 采样完成后的系统提示
这时用户输入车号信息和矿源信息，矿源信息可以点击“矿源”右侧的
按钮可以
弹出矿源列表，该列表内的矿源都有对应的曲线信息，双击相应的矿源名称即可选择该矿源，如图4.4所示：
图4.4 矿源（曲线）列表
当矿源不在列表中时，可以直接在文本框中输入新的矿源名称，然后点击“开始测试”
双击此处可以选择该矿源
点击此处会出现已有矿源（曲线）列表 测试之前必须输入矿源，可以直接输入也可以从列表中选择
出显示提示时说明煤样已经准备好，可以进行测试了
按钮进行测试，这时系统会提示“系统没有XXX 的曲线，使用默认曲线进行测量并增加该曲线吗？”，选择“是”的话系统会根据原有的曲线数据自动为该矿源生成一条新的曲线，如果测量有偏差可以在此曲线的基础上进行修改。
这种方式可以大大简化用户对系统曲线的管理。系统增加新曲线的提示如图4.5所示。
图4.5 系统自动增加新曲线的提示
图4.6 测试过程
测试过程如图4.6
所示，系统会实时显示测试进度，总测试时间可以通过修改配置文
当输入新的矿源是系统会如此提示，选择“是”系统会自动增加新的测试曲线，减少用户使用的麻烦
测试过程会实时显示测试进度
测试完毕会在此处显示测试结果
更改。测试过程中也可以随时点击“停止测试”按钮，系统会终止当前的测试过程，并根据已有的测试数据计数灰分、热值和水分，测试时间越长测试数据越准确。 4.3 测试结果的显示
测试结果可以有多种显示输出方式，下面分别介绍。
一、可以直接在主运行界面中显示，它始终显示上次的测量结果，如图4.6所示。每次测量结束后会自动更新显示内容。
二、可以通过LED 屏幕实时显示测试内容，由于LED 屏幕只能显示一行文字，因此其输出只能通过动态切换的方式显示，其显示内容和动态切换的速度可以配置。
点击右侧操作面板中的“LED 显示屏配置”按钮，系统会弹出“LED 显示屏配置”的对话框，如图4.7所示：
图4.7 LED 显示屏配置
保存配置后，LED 显示屏立刻会根据配置内容进行显示，无需重启系统软件。 LED 显示屏的显示内容是实时的，始终和测试过程保持一直，包括系统时间信息。 三、用户也可以点击右侧的“查看测试记录”按钮查看以前所有的测试记录，该测试记录是以列表方式显示的，如图4.8所示。
注意，点击“刷新列表”按钮才会更新测试列表。
点击此按钮进行LED 显示配置
显示的内容最多8项，实际按照选取的内容动态切换
动态切换的时间在此设定
图4.8 测试结果的列表显示
4.4 测试曲线的配置
由于不同的矿源其煤中所含的矿物质种类不同，即灰分的成分不同，因此测试结果的准确性很大程度上依赖测试曲线，原则上每一个矿源配置一条测试曲线，如果两个矿源的煤质接近，也可以公用一条测试曲线，但是为了管理的方便，尽量为其设置独立的曲线，其参数可以相同。
曲线的配置可以点击右侧操作面板里的“曲线配置”按钮，由于曲线的配置影响系统的测试准确性，因此“曲线配置”功能对操作用户有一定的限制，必须登陆才能执行“曲线配置”，用户登陆界面如图4.9所示：
图4.9 用户登陆界面
用户输入正确的用户名和密码后可以进入“曲线配置”界面，如图4.10所示。
点击“刷新列表”按钮才会更新测试列表
点击列表数据到右侧
点击右侧的按钮数据到列表
图4.10 曲线配置界面
使用时首先要“加载曲线配置”，加载后系统的所以已经配置的曲线会在左侧的曲线配置信息列表中显示。
点击左侧的曲线列表，右侧的显示内容即可以同步更新，如图4.10所示，这时用户可以修改右侧的曲线参数，修改后通过右下方的“添加”和“替换”按钮更改左侧的列表内容。
“添加”按钮可以将右侧的曲线信息作为一条新的曲线记录添加到左侧列表中，注意这时的“名称”不要和已有的曲线一样，否则使用时将不好区分。
“替换”按钮可以将右侧的曲线信息更新到左侧当前选中的某条曲线中，相当于修改了左侧曲线列表中某条曲线的参数
另外，右侧还有“删除”功能，可以删除左侧曲线列表中的某条曲线。
注意：“其它”曲线不能删除！
“其它”曲线用于当有新的矿源需要测量时，系统没有该曲线，则系统会自动使用“其它”曲线进行测量，并自动新建立一条以新的矿源名称为名的新曲线，它的参数和“其它”曲线中的参数保持一致。
所以的修改必须点击“保存配置并退出”按钮才能有效。
“打开曲线文件”功能是打开由专用的曲线生成工具生成的某个煤样的曲线标定数据，打开后曲线信息会自动添加到右侧，根据情况酌情修改后点击“添加”按钮将其信息添加到左侧列表。曲线标定工具的运行界面如图4.11所示。
图4.11 曲线分析标定工具运行界面
它的项数据直接测量得到，如图4.12所示。
图4.12 曲线标定时直接测试数据
4.5 其它功能
4.5.1查看通信
该功能用于查看服务器和测试设备直接的通信过程，如图4.13所示：
图4.13 查看通信
查看通信的同时还可以查看到通信信息，对话框下侧的信息解析功能将通信数据实时的解析为我们可以理解的各项参数，方便用户了解系统的运行情况。
4.5.2能谱分析
该功能用于分析放射源发射的射线经过煤样后探测器接收的射线能谱信息，根据此信息我们可以方便地进行比较电压的选取和高压的设定，其运行界面如图4.14所示：其中红色部分是镅的射线能谱，蓝色部分是铯的射线能谱，通过两者能谱的分析可以进一步确定煤质信息，这时本设备的煤质分析的理论基础。
详细信息可以参考有关文献。
图4.14 能谱扫描
4.5.3空载测量
空载是没有放煤样时的镅和铯的计数信息，它是系统测量的基础，用户不要轻易设定。
图4.15 空载测量
4.5.4空载校正
空载校正是通过调节探测器的高压来校正设备的空载计数值，其具体原理详见相关计数资料，用户不要轻易设定，建议由专业技术人员进行操作。
空载校正的运行界面如图4.16所示：
图4.16 空载校正
空载校正仅仅是当系统长时间运行，放射源特性和探测器的光电倍增管特性发射衰变时才进行，不需要经常校正。
4.5.5数据修正
数据修正功能为用户提供一种对测量后的结果进行修正的途径，具有一定的权限，不能轻易修改。
数据修正的运行界面如图4.17所示。
数据修正分为总体数据修正和单个曲线数据修正，总体数据修正对所以的测量都有效，单个曲线数据修正只对该曲线的测量才有效，用户可以根据不同的需要进行设定。