中子活化型在线分析仪的研发及应用

　　一、成分在线检测的技术路线

　　1、基于电磁波特性的现代检测技术

　　用于在线检测的电磁波

　　超声波、微波、 红外、激光、紫外、X射线、γ射线等

　　用于检测的电磁波特性

　　- 强度、频率、相位变化

　　- 反射、折射、波形变化

　　- 相关性、变化率

　　-  核辐射、核反应等

　　2、矿石＆煤炭成分在线检测技术

　　红外

　　激光

　　X射线

　　γ射线等

　　工业化应用最成熟的:

　　- X荧光

　　- 瞬发γ中子活化技术(PGNA， Prompt Gamma-ray Neutron Activation)

　　Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis （PGNAA ）分析法

　　3、在线分析仪系统构成

　　4、PGNA在线检测流程

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　　5、典型伽玛能谱

　　6、能谱分析

　　7、PGNAA测量灵敏度

　　8、影响分析仪测量精度的因素

　　检测范围

　　检测时间

　　皮带成分（尤其是Cl，是否是钢丝皮带）

　　料层厚度（最低厚度及厚度变化）

　　物料中水分变化

　　皮带运行是否跑偏

　　物料颗料等

　　分析模型及模型参数要能够补偿或抵制上述因素的影响，而保持稳定的分析性能

　　二、国内外研究发展概况

　　1、PGNA发展历程

　　上世纪七十年代，美国能源部立项支持PGNA研究

　　1985年：第一台元素分析仪商业化应用(榴槽式)，诞生了专业制造公司--美国Gamma-Metrics

　　~1993年：由于价格高（$80万元+$50万元），性价比低，全球仅销售30多台元素分析仪（IEA）

　　1994年：第一台跨带式元素分析仪问世并用于水泥厂

　　至2000年，技术进步推动性价比提高，逐渐为市场广泛接受，形成4个专业制造商，累计销售300多套

　　2001年：跨带式元素分析仪第一次用于煤炭检测

　　至今，全球已销售1000余套，用于水泥、煤炭、发电、冶金等行业。

　　国外专业厂家产品图

　　2、国内研究与应用

　　1995年，已见相关的研究报道

　　1997年，湖北鄂州电厂2×300MW机组建设时，在输煤系统中成套引进了在线分析仪

　　2000年前后，华新水泥厂、琉璃河水泥厂购买

　　2003年琉璃河水泥厂在水泥行业最先应用成功

　　2002-2007年前，发电厂有20多套的应用（测煤）

　　2007年后，水泥厂应用在线分析仪进行在线检测，并自动配料（配矿）日渐增多，至今已购买近百套。

　　至2010年，在国内应用的均为国外产品

　　2010年，国内自主品牌产品问世，拥有自主知识产权，并商业化应用于水泥、煤碳和发电企业。[Page]

　　三、MCP型在线分析仪的研发及应用

　　1、研发历程

　　1996年启动研究开发工作（南京大陆）

　　前期获国家科技部、国家经贸委立项支持

　　2001年始与法国、美国两专业公司技术合作

　　2004年进一步获得国家发改委民用非动力核技术专项立项支持

　　已形成两种类型产品：

　　MCP-C型（使用同位素中子源）

　　MCP-E型（使用电可控中子发生器）

　　已成功应用到水泥、煤炭、发电企业

　　2、MCP-C型在线分析仪

　　同位素中子源Cf-252

　　可准确分析矿石中各氧化物

　　中子源无需控制电路，系统简洁，成本较低

　　放射源管理严格，运输、维护需专业人员

　　电可控中子发生器（微型加速器）

　　可ON/OFF，切断电源后无放射性中子

　　可检测高精度检测C、O元素

　　运输、安装维护、日常管理方便

　　系统复杂，成本高

　　电可控中子管分析仪VS 同位素源分析仪

　　两种分析仪比较总结

　　（1）、在测量性能方面，MCP-C型、MCP-E型两种在线分析仪都能满足水泥行业对石灰石、生料的检测要求

　　（2）、MCP-C型同位素中子源分析仪的优点是系统简洁、成本价格低，其缺点是同位素放射源252Cf采购、运输、使用维护等复杂，管理要求严格

　　（3）、MCP-E型电可控中子发生器型分析仪优点是中子源可关断，使用维护方便；缺点是系统较复杂，成本价格较高。

　　（4）、MCP-E型电可控中子发生器型分析仪在测量煤炭时具有突出的优势。

　　性能标定

　　Ca测试性能

　　Si测试性能

　　Fe测试性能

　　Al测试性能

　　H   测试性能

　　S   测试性能

　　K   测试性能

　　C   测试性能

　　O   测试性能

　　石灰石（生料）检测性能保证值

　　在线分析仪在水泥厂应用方案

　　典型应用方案

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　　应用方案一：数字化建堆＆自动配矿 （配图）

　　应用方案二：按成分变化实时自动配料 （配图）

　　典型应用

　　部分应用数据

　　按天统计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，标准差0.013；CaO平均偏差0.058，最大偏差0.238，标准差0.15。

　　发展展望

　　在线分析仪应用价值最大化实现取决于：

　　分析仪性能、应用系统（软件）、工艺改进

　　成分在线分析仪在水泥行业的应用会日渐增多并普及

　　矿石品位下降，成份日趋复杂变化

　　 资源合理化利用、节能降耗、两化发展的推动

　　价格会进一步降低，性价比提高

　　国产品牌，具有自主知识产权产品会被越来越多的客户接受，市场份额会提高，且会发展到占主导地位

　　具有自主知识产权国产品牌健康发展的要素：

　　必须掌控核心技术（伽玛能谱分析技术），分析精度必须达到国际先进水平，性能不比进口产品差

　　中子源、探测器关键部件先期采用进口部件，逐步提高硬件的国产化率

　　推动电可控中子发生器的开发，替代同位素放射源，发挥后发优势

　　稳定制造、调试、标定等工艺，提升产品质量的稳定性，着力打造样板示范工程

　　发挥本地化售后服务优势，提供更快捷、更低廉的专业化售后服务

　　针对中国矿石特性、资源特点和行业国情，开展针对性的应用创新，不仅提升分析性能，还要能能面向客户特定需求，设计整体解决方案，定制应用软件，实施先进的测控系统，提供交钥匙工程服务。