我国火电厂普遍存在着燃用煤质与锅炉设计煤种不相符的现象，二者甚至相差很大，不仅降低了锅炉燃烧效率，且严重地影响了锅炉运行安全。由于煤种变化造成锅炉出力不足、热效率下降，制粉能力降低，锅炉受热面结焦、积灰等情况，煤质变化导致的锅炉事故也屡见不鲜。目前，煤种多变已成为影响火电厂燃煤机组安全经济运行主要症结之一。
燃煤电厂的煤质分析，现较普遍要经过采样、缩分、制样、化验等环节，这一过程需较长的时间，锅炉运行人员获得煤质分析数据延迟的时间更长，这样的一种运行方式导致大量的原煤在盲目状态下燃烧。在煤种变化较大的情况下，若未及时进行必要的调整或采取相应的措施，极有可能造成严重的后果。此外，取样的代表性也是煤质实验室分析中长期存在的问题，尤其是燃用混煤的电厂。对不具代表性的煤样进行实验室分析，其误差将会很大，给运行人员造成假象，影响锅炉的安全经济运行。因此，我国火力发电厂需一种能够快速、准确检测入炉煤煤质成分的分析装置，让运行人员实时地掌握燃煤成分，在调节风煤比、投油稳燃、调节冷热风门前做到心中有数，真正实现了锅炉安全、经济运行。
一、测量原理
中子活化分析技术是基于中子与原子核反应的过程，当一个热中子或快中子打到一个原子核上，中子将被核吸收，使核处于激发状态，并很快放出一个γ光子，使核恢复到稳定的基态。中子与核素的反应有多种方式，能产生瞬发γ射线的反应主要为热中子俘获反应和非弹性散射反应。其中热中子俘获反应主要发生在热中子区，反应生成的核处于高激发态，激发核素在退激过程中，可发出多条γ射线，可选择产额较高，不受其他γ射线干扰的谱线作为特征γ射线。非弹性散射反应是阈能反应，仅发生于快中子能量范围，其生成核大多处于第一激发态，往往发射单一能量的特征γ射线。对于每一种确定的核素，都以一定的几率发出具有某特征能量的γ射线，根据特征γ射线的能量和强度，即可确定被测介质中存在的核素及含量[1，2，4]。煤质成分在线检测装置即基于上述机理，利用热中子俘获反应分析煤中的氢、氮、硫、铝、硅、铁、钙、钛、钠和钾等10种元素，利用快中子非弹性散射反应分析煤中的碳和氧元素，从而实现煤质的全元素分析。
二、系统配置及工作原理
从整体上看，煤质成分在线检测装置由防护单元、测量单元、谱分析及控制单元、计算机处理单元4部分构成。图1是煤质成分在线检测装置的系统配置方框图。

防护单元由中子慢化体、中子吸收体及γ射线屏蔽体构成。主要作用是降低周围环境中的中子及γ射线辐射剂量，避免污染环境以及对人体的伤害。
测量单元由中子发生器、探测器及相关附属部件3部分构成。中子发生器是一种微型的离子加速器，其核心部件是中子管。它把离子源、加速系统、靶和气压调节系统全部密封在一支陶瓷管内，构成一支结构简单紧凑、使用方便的电真空器件，其主要功能是产生14MeV的高能中子。探测器主要功能是检测接收γ光子，将光信号转变为电信号，并对信号进行初步处理。附属部件包括中子反射体、中子慢化体。主要作用是提高中子利用率;改变快热中子的比例;降低周围环境中的本底γ射线，减少对有效γ射线信号的影响[3]。
谱分析及控制系统由γ谱分析单元、测量装置控制单元、中子发生器控制单元、电源单元4部分组成。γ能谱分析单元将来自探测器的电信号进行处理，并将模拟信号转换为数字信号，最后由通信接口送至计算机单元。中子发生器控制单元由三氟化硼计数管、前置放大器、主放大器及计数器构成。中子发生器控制单元用来调节中子产额，使输出中子产额稳定，保证装置具有良好的分析精度。电源单元保证给装置可靠的、不间断的供电。
计算机处理单元由谱处理模块、元素成分分析模块、工业成分分析模块及锅炉优化运行模块4部分组成。谱处理模块对采集到的谱数据进行分析处理;元素成分分析模块计算出各元素成分的含量;工业成分分析模块用以计算燃煤的工业分析数据、灰成分分析数据、灰熔点、燃煤结焦特性及燃烧特性等;锅炉运行优化模块是在元素分析数据、工业分析数据的基础上，指导电站锅炉燃烧、制粉系统运行优化的高级应用模块。
皮带上的煤流经过简单的整形后，进入测量段。测量装置跨在输煤皮带上，中子发生器和探测器布置于输煤皮带的下方。当检测到皮带上煤时，系统开启中子发生器，同时发射出高能中子。进入测量段的煤流在高能中子的照射下，部分核素与高能中子发生非弹性散射反应，放射出特征γ射线。探测器和中子发生器之间布置有慢化体，部分高能中子经过慢化体被慢化成低能的热中子，低能的热中子与部分核素发生俘获反应，放射出相应的特征γ射线。探测器接收到穿过煤层的γ射线信号，后将γ射线信号转变成电信号，经过滤波、放大、数模变换后送至γ能谱分析单元。γ能谱分析单元对获取的能谱进行处理，识别检测到的核素及核素的含量。
三、主要特点及功能
煤质成分在线检测装置采用氘-氘中子发生器，将热中子俘获反应和快中子非弹性散射反应结合起来，对煤中的C、H、O、N、S、Al、Si、Fe、Ca、Ti、Na、K等12种元素进行分析，真正地实现了煤质成分的全元素分析。装置面向工业应用设计，安装在皮带输送机上，直接对全煤流进行检测，不需机械取样制样装置，避免了取制样带来的误差，提高了分析结果的准确性。装置设计了独特的中子通量检测与调节系统，确保了中子发生器的稳定性，提高了系统的分析精度，装置在现场长期运行后，不需重新标定。装置分析周期可根据用户要求进行设定，平均为1～l0min，有效地解决了工业上要求的煤质成分的快速检测问题。装置采用可控制中子发射的中子发生器，关闭电源后无放射性，使用安全可靠，运输、安装及调试简单方便。
除了全元素成分检测功能外，结合水分仪，煤质成分在线检测装置能够计算出燃煤的工业分析数据，包括固定碳、水分、灰分、挥发分、硫分等。此外，该装置还能够快速地分析出燃煤的灰熔点、结焦特性及燃烧特性等。用户也可利用该装置提供的煤质分析数据，开发高级应用模块，实现锅炉的燃烧优化和制粉系统的运行优化等功能。
四、应用情况
国内首台煤质成分在线检测装置已于2003年3月份在山东省某火发电厂投入运行，至今已一年多，装置在现场运行稳定可靠。利用该装置，运行人员实时的根据煤质变化情况，及时的投油助燃、调节风煤比、调节冷热风比，提高了锅炉运行的安全性和经济性。该装置现已成为锅炉运行人员得力的助手。
该装置于2001年经过了江苏省质量技术监督局的测试，测试结果表明，该装置的测量精度符合企业标准的规定，优于国家相关标准的要求。装置在运行期间，用户、山东省电力科学研究院共同对该装置性能进行了测试。测试结果表明，发热量偏差小于0.lMJ/kg，挥发分偏差小于0.6，灰分偏差小于0.8，水分偏差小于0.5，硫分偏差小于0.1。(注:偏差指化验值与测量值的差值)
五、应用领域及经济效益
煤质成分在线检测装置可用于火力发电厂入厂煤检测。通过快速、准确地检测入厂煤的品质，同时为煤场快速地分类堆放提供依据。该装置还可用于电站锅炉生产过程的监控。通过快速检测入炉煤煤质成分，为运行人员优化制粉系统运行、优化锅炉燃烧、调整风煤比提供科学的依据。该装置亦可用于电厂配煤生产过程的监控。通过在线准确地检测煤质，实现电厂配煤的自动化，提高电厂配煤水平，充分有效地利用优质煤和劣质煤，降低电厂燃料采购成本。以2台300MW机组、年消耗150万t煤进行分析。该装置用于入炉煤成分检测，通过锅炉燃烧优化，降低煤耗1g/kW.h，每年可节约120万元。通过制粉系统运行优化，降低制粉电耗，每年至少可节约100万元。此外，通过减少投运助燃油，避免发生灭火事故，间接经济效益更大。该装置用于电厂的优化配煤，通过合理的掺烧劣质煤和优质煤，每t煤节约1元，1年可带来150万元的收入。该装置用于入厂煤的检测，避免短"卡"、以次充好等现象，每年至少给用户带来100万元的收入。因此，该装置投资回报率高，在我国火电厂有着广阔的应用前景。