火电厂中对料仓、灰斗料位的快速、可靠检测是电力生产中的重要环节。无源核子料位计通过探测物料中微量伽玛射线照射量率随时间(料位)的变化,进而获得料位的变化信息,由于不使用放射源,在火电厂电除尘、除灰系统料位测量中有着十分明显的优势,不但避免了其它方法存在的易挂料、易损耗及容易误报等缺点,而且具有非接触式测量、系统运行稳定、维护费用低、测量精确、安装简易等特点。但无源核子灰斗料位计也存在不少问题,如:(1)料位计刻度过程中需要人工测定料位高度,难度大,准确性差,不能自动刻度。(2)忽略了煤灰中放射性活度变化对料位测量的影响,造成料位测量误差,导致料位误报甚至发生事故。(3)煤灰的放射性较弱时,料位测量精度较差。因此,对无源核子料位计自动刻度技术、误漏报处理技术、放射性活度变化的校正技术等技术难题展开研究,具有重要的现实意义。论文取得的主要成果和创新性如下:(1)提出“四联组合探测”的料位测定方法,解决了无源核子灰斗料位计受物料放射性活度变化的影响和自动刻度的难题。(a)设计了四联组合探测和“等高多级测量模式”,利用相邻级联探头的吸收剂量率比与料位的关系曲线和参数,完成料位计的在线刻度,避免了“停工”标定,提高了工效。(b)有效地校正了物料中放射性活度变化造成的料位测量误差,提高了无源核子灰斗料位计的测量精度和料位定位准确性。由于影响煤灰的放射性因素很多,各地或者不同时期煤灰的放射性活度都有所差异,容易造成测量误差和误报。采用四联组合探测和等高多级测量模式,在煤灰的放射性活度发生变化时,可以根据刻度曲线自动进行校正或者自动重新刻度,有效地降低了因粉煤灰中放射性活度的改变所带来的影响。既节省了反复繁冗的刻度程序,也提高了刻度的准确性,避免误判,并能提高测量精度。研究结果表明:当物料的放射性活度增大1倍,“四联组合探测”方法的料位误差降低至1.1%～5.4%之间,比传统方法的料位误差(12%～57%)明显减少。当物料的放射性活度减小1倍时,“四联组合探测”方法的料位误差降低为-1.7%～-7.6%之间,比传统方法的料位误差(-25%～-43%)明显减少。(2)经理论计算和蒙特卡洛模拟,得出了晶体尺寸为φ7.62×7.62cm3的闪烁探头的最佳探测角度为30°,使探测灵敏度比常规安装方式提高了 17%。当料位探测器与水平位置的夹角为30度时,探测界面能量积分流量值最大;当夹角从0度变化到90度时,探测界面能量积分流量先从低到高变化,达到峰值后又逐渐降低。最低值为90度角时测量值,其与最大值相差达一倍左右。(3)运用蒙特卡罗方法建立了电除尘灰斗无源核子料位计的整体模型,在30度最佳探测角度条件下,模拟出吸收剂量率随灰斗内料位高度的关系曲线图。根据低位料位计和高位料位计的吸收剂量率变化曲线,利用二阶导数法可得出灰位的变化趋势,由此得出高低料位开关点。对实验所用的料位计系统,当灰位到达100cm时,低位料位计(位于灰斗高度90cm处)吸收剂量率的变化率最大,即100cm处为低位开关点。当灰位到达300cm时,高位料位计(位于灰斗高度270cm处)吸收剂量率的变化率最大,即300cm处为高位开关点。(4)建立了灰斗伽玛场分布的计算公式,计算了倒四棱台灰斗中粉煤灰的吸收剂量率,与利用蒙特卡罗模拟结果的相对偏差均在10%以内。(5)实验表明,蒙特卡罗料位变化模拟曲线与实测曲线吻合良好,料位测量结果与蒙卡模拟结果的相对偏差小于10%。(6)基于Labview平台开发了四联组合探测的无源核子料位计应用软件,实现灰位变化曲线测量、灰位监测、料位报警、数据采集、数据存储和查询等功能。论文完成了火电厂电除尘装置中无源核子灰斗料位计中关键技术的理论研究和蒙特卡罗模拟,取得了预期成果。但由于时间限制,对无源核子灰斗料位计的环境本底影响修正问题还没有进行深入研究,有待在今后的进一步研究中完成。