辐射式煤质参数在线或离线测量仪及其测量方法与流程

1.本发明涉及煤的工业分析方法所确定的煤质参数：灰分(a)、水分(m)、全炭(fc)挥发分(v)以及煤发热量(q)的测量，特别涉及采用辐射方法进行煤工业分析方法全部煤质参数的测量及其测量方法。


背景技术：

2.我国是煤炭大国产量占世界第一位，是我国主要能源之一，我国煤炭分布广泛、产地多、煤样多样、煤质复杂变化大，给煤炭生产、加工、利用带来很多、很大困难，煤质参数的在线测量和离线快速测量可为煤炭生产、加工、利用等多个领域生产工艺过程的自动控制提供必要依据，对提高煤炭产品质量、提高煤炭利用率、减少煤炭消耗量以及减少污染物排放具有重要意义。
3.目前煤质分析方法有两种方法：一是元素分析法，确定煤质有五大元素： c(炭)、h(氢)、o(氧)、n(氮)、s(硫)构成，主要检测方法及设备有：中子诱发瞬发法及其检测设备、中子活化法及其设备、x射线荧光法及其设备。由于上述方法和设备的辐射安全性差，设备复杂及其成本高售价贵应用较少。二是煤的工业分析法，确定煤质有灰分(a)、水分(m)、全炭(fc) 挥发分(v)四种成分构成。目前工业分析法的煤质参数(a、m、fc、v)检测的方法及设备主要有：
4.根据gb/t212-2008“煤的工业分析法”实现煤质参数灰分(a)、水分(m)、挥发分(v)、全碳(fc)离线静态测量，是目前最主要测试方法，并确认该方法检测的煤质参数值为标准值，得到广泛应用。该方法主要缺点是检测时间长，不能及时指导生产工艺过程控制。
5.双能γ射线煤灰分在线检测，无论在国外和国内应用较多，但由于辐射安全性及煤种变化的适应性差也限制了其应用。
6.x射线灰分、水分、热值在线检测，采用x射线测量炭分(a)，微波水分仪测量水分(m)，根据a、m计算发热量(q)，该检测方法与设备由于研发较晚尚未见到广泛应用。
7.目前，无论国外和国内尚未见到采用辐射式测量方法，离线或在线检测煤工业分析法所确定的全部煤质参数灰分、水分、挥发分、全炭以及发热量的测量方法及其检测设备。
8.本发明提供一种辐射式煤质参数在线或离线测量仪，实现离线快速检测煤或煤样的全部煤质参数或在线实时检测煤或煤样的全部煤质参数，及其测量方法。


技术实现要素：

9.本发明解决的主要技术问题有：
10.1.构建辐射式煤质参数在线测量仪或离线测量仪。
11.2.依据煤的工业分析方法、物质对射线吸收定律以及叠加原理建立煤质参数测量方法以实现煤质参数离线或在线测量。
12.一种辐射式煤质参数在线或离线测量仪，所述在线测量仪其特点是由辐射式测量
装置、煤或煤样输送装置、采样装置或整形装置以及数据采集控制器构成，辐射式测量装置(4)包括辐射源(4-1)、辐射探测器(4-2)、安装框架(4-3)，辐射源、辐射探测器分别安装在煤或煤样输送装置(3)的上方和下方或煤或煤样输送装置(3)的两侧并固定在框架上，辐射源与辐射探测器之间构成辐射测量区，用于测量输送装置(3)输送的煤或煤样的煤质参数信号ui和uo，
13.ui——有煤或煤样时，辐射探测器输出信号；
14.uo——无煤或煤样时，辐射探测器输出信号；
15.煤或煤样输送装置(3)安装在辐射源(4-1)和辐射探测器(4-2)之间，用于将煤或煤样输送至辐射测量区进行煤质参数测量；
16.采样装置或整形装置(2)安装在煤或煤样输送装置(3)的上方或坐落在煤和煤样输送装置(3)上，用于对生产工艺中需测量煤质参数的测量点(1) 处的输送煤进行连续采样或对输送煤进行整形；数据采集控制器(5)，用于接收采集装置或整形装置(2)信号、煤或煤样输送装置(3)信号和辐射探测器(4-2)信号并按煤质参数测量方法建立的数学模型计算出煤或煤样的煤质参数：灰分(a)、水分(m)、全炭(fc)挥发分(v)以及发热量(q)
17.或离线测量仪其特点是包括：
18.辐射式测量装置(4)，包括辐射源(4-1)、辐射探测器(4-2)、安装框架(4-3)。辐射源、辐射探测器分别安装在煤样输送装置(3)的上方和下方或安装在煤样输送装置(3)的两侧并固定在安装框架上。辐射源和辐射探测器之间构成测量区，用于测量煤样输送装置(3)输送的煤样煤质参数信号ui和 uo，
19.ui——有煤样时，辐射探测器输出信号；
20.uo——无煤样时，辐射探测器输出信号；
21.煤样输送装置(3)安装在辐射源(4-1)和辐射探测器(4-2)之间，用于输送煤样至辐射测量区进行煤质参数测量；
22.采样装置(2)包括采样器(2-1)，称装煤样器皿(2-4)，采样器(2-1) 用于对各测量点处的煤进行随机采样，称装煤样器皿(2-4)用于称装煤样并将器皿送至煤样输送装置(3)上进行测量。
23.数据采集控制器(5)，用于接收采集装置(2)信号、煤样输送装置(3) 信号和辐射探测器(4-2)信号，并按煤质参数测量方法建立的数学模型计算出煤样的灰分(a)、水分(m)、全炭(fc)挥发分(v)以及发热量(q)。
24.辐射式煤质参数在线测量仪构成如图1所示；
25.辐射式煤质参数离线测量仪构成如图2所示；
26.煤质参数在线测量仪的煤或煤样输送装置，其特点是皮带输送机，或是螺旋输送机，或是测量管加螺旋输送机，或是用户生产线上输送煤的皮带输送机，或是风力输送机。
27.煤质参数离线测量仪的煤样输送装置的特点是直线式往返输送装置，或是圆盘旋转式输送装置，或往返式皮带输送机。
28.所述煤质参数在线或离线测量仪的辐射式测量装置，其特点是辐射源是镅
ꢀ‑
241源，或是高压＜50kv的低能x射线源；辐射探测器是一个或多个nai闪烁计数器，或是一个或多个电离室，或是一个或多个计数器，或一个或多个塑料闪烁计数器，或多个半导体探测器。
29.图3给出在线测量连续采样辐射式煤质参数在线测量仪构成示意图；
30.图4给出了随机采样快速测量的煤质参数离线测量仪示意图；
31.图5给出安装在用户现场生产线上的煤质参数在线测量仪示意图。
32.本专利还公布了煤质参数的测量方法，该测量方法是依据煤的工业分析方法、物质对射线吸收原理和叠加原理而建立的：
33.1、煤的工业分析方法确定煤是由灰分(a)、水分(m)、全炭(fc)挥发分(v)四种成分构成，其含义是煤中各成分，各自重量wa、wm、w
fc
、wv与煤的重量w
煤
之比的质量百分数即：
[0034][0035]
并且a(％) m(％) fc(％) v(％)＝100％
[0036]w煤
＝wa wm w
fc
wv[0037]
gb/t212-2008煤的工业分析方法给出离线测量方法与设备以及离线测量出a、m、v，计算出fc＝[1-(a m v)]，由于构成煤各成分百分比不同以及各成分的比重(密度)不同，所以有w
煤
＝f(a，m，fc，v)函数关系，本专利采用辐射方法测量出同体积或单位体内w
煤
的变化从而测出a、m、fc、v。
[0038]
2、根据物质对射线吸收定律有：
[0039][0040]
其中w
物质
——被测物质重量
[0041]
k——标定系数
[0042]
ui——有物质时辐射探测器输出信号
[0043]
uo——无物质时辐射探测器输出信号
[0044]
对多种成分构成的物质，吸收符合叠加原理，如煤对射线吸收等于各种成分分别吸收射线之和即：
[0045][0046]w煤测
＝w
a测
w
m测
w
fc测
w
v测
[0047][0048]v测
＝[1-(a
测
n
测
fc
测
)]
[0049]
依据工业分析方法及物质对射线吸收定律及叠加原理建立的煤质参数在线测量方法其特点包括如下：
[0050]
1)在线测量方法，有如下步骤：
[0051]
步骤1，采样
[0052]
步骤1.1，采样器对测量点(1)处输送的煤进行连续采样或时间基连续采样；
[0053]
步骤1.2，采样器对辐射式测量装置测量后的煤样进行随机采样；
[0054]
步骤2，制样
[0055]
步骤2.1，对步骤1.1采集的煤样采用破碎机进行破碎，对步骤1.2采集的煤样，按gb/t-2008煤的工业分析方法测量要求制成试验煤样；
[0056]
步骤3，标定，以gb/t212-2008煤的分析方法测量出a、m、v作为标准值进行标定；
[0057]
步骤3.1，辐射式测量装置实时检测煤样重量信号：
[0058][0059]
假设在某一时刻的一定时间间隔t内测量的煤样的重量为w
煤1
[0060][0061]
式中n——在t时间测量次数，δt-采集信号时间；
[0062]
步骤3.2，在辐射式测量装置测量的同时，收集t时间内被测煤样，按 gb/t212-2008煤的工业分析方法要求测量出a1、m1、v1和计算出 fc1＝[1-(a1 m1 v1)]；按gb/t213-2008煤的发热量测量方法要求测量出煤样的发热量q1；
[0063]
步骤3.3，根据步骤3.1得到某一定时间间隔测量的煤样重量w
煤1
及步骤 3.2测得的煤样a1、m1、v1、fc1、q1计算出：
[0064]wa1
＝w
煤1
*a1，w
m1
＝w
煤1
*m1，w
fc1
＝w
煤1
*fc1，
[0065]
步骤3.4重复步骤3.1、步骤3.2、步骤3.3n次，得到n组数据如表1；
[0066]
表1
[0067][0068][0069]
步骤3.5，线性拟合
[0070]
对a列与f列数据进行线性拟合得w
ai
＝αa ba*w
煤i
————(1)
[0071]
对a列与g列数据进行线性拟合得w
mi
＝αm bm*w
煤i
————(2)
[0072]
对a列与h列数据进行线性拟合得w
fci
＝α
fc
b
fc
*w
煤i
————(3)
[0073]
对i列与e列数据进行线性拟合得qi＝αq bq*fci——————(4)
[0074]
注：也可直接对b列与a列、c列与a列、e列与a列进行拟合及也可只拟合一项、二项或多项都属于本测量方法。
[0075]
步骤4，测量
[0076]
步骤4.1，辐射式测量装置实时测量出煤样的重量w
煤i
；
[0077]
步骤4.2，根据w
煤i
及公式(1)计算出w
ai
，
[0078]
根据w
煤i
及w
ai
计算出a
测i
，
[0079]
根据w
煤i
及公式(2)计算出w
mi
，
[0080]
根据w
煤i
及w
mi
计算出
[0081]
根据w
煤i
及公式(3)计算出w
fci
，
[0082]
根据w
煤i
及w
fci
计算出
[0083]
根据a
测i
、m
测i
、fc
测i
计算出
[0084]v测i
＝[1-(a
测i
m
测i
fc
测i
)]
[0085]
根据fc
测i
及公式(4)计算出q
测i
＝αq bq*fc
测i
；
[0086]
2)依据煤的工业分析射线吸收定理建立的煤质参数离线测量方法，其特点包括如下步骤：
[0087]
步骤1，采样
[0088]
采样器对测量点处的煤进行随机采样；
[0089]
步骤2，制样
[0090]
根据gb/t212-2008煤的工业分析方法要求将采集的煤样制成试验煤样；
[0091]
步骤3标定，以gb/t212-2008煤的工业分析方法测量出a、m、v作为标准值进行标定；
[0092]
步骤3.1，将试验煤样装入煤样器皿内；
[0093]
步骤3.2，将称有试验煤样的器皿放置在煤样输送装置上，煤样输送装置将其输送至辐射测量区进行测量得：
[0094][0095]
n-在测量时间t内测量次数
[0096][0097]
t-测量时间
[0098]
δt-采集信号时间
[0099]
步骤3.3，将器皿称装的试验煤样按gb/t 212-2008规定要求测量出a1、m1、 v1，计算出fc1＝[1-(a1 m1 v1)]；按gb/t 213-2008煤的发热量测定方法要求测量出试验煤样发热量q1；
[0100]
步骤3.4，重复步骤3.1、步骤3.2、步骤3.3n次，得到n组数据如表2；
[0101]
表2
[0102][0103][0104]
步骤3.5，线性拟合
[0105]
对a列与f列数据进行线性拟合得w
ai
＝αa ba*w
煤i
————(5)
[0106]
对a列与g列数据进行线性拟合得w
mi
＝αm bm*w
煤i
————(6)
[0107]
对a列与h列数据进行线性拟合得w
fci
＝α
fc
b
fc
*w
煤i
————(7)
[0108]
对i列与e列数据进行线性拟合得qi＝αq bq*fci——————(8)
[0109]
注：也可直接对b列与a列、c列与a列、e列与a列进行拟合及也可只拟合一项、二项或多项都属于本测量方法。
[0110]
步骤4，测量
[0111]
步骤4.1，辐射测量装置测量出称装试验煤样器皿内煤样的重量w
煤i
；
[0112]
步骤4.2，根据w
煤i
及公式(5)计算出灰分重量w
ai
，以及
[0113]
根据w
煤i
及公式(6)计算出水份重量w
mi
，以及
[0114]
根据w
煤i
及公式(7)计算出全炭重量w
fci
，以及
[0115]
根据a
测i
、m
测i
、fc
测i
、计算出v
测i
[0116]v测i
＝[1-(a
测i
m
测i
fc
测i
)]
[0117]
根据fc
测i
及公式(8)计算q
测i
[0118]q测i
＝αq bqfc
测i
。
[0119]
注：以上步骤，步骤本身可以拆开或合拼，步骤的多少不能作为对专利的限制。
附图说明
[0120]
图1辐射式煤质参数在线测量仪构成示意图
[0121]
1——测量点(煤采样点)
[0122]
2——煤样采集装置或整形装置
[0123]
2-1采集器
[0124]
2-2破碎机
[0125]
2-3料管或料斗
[0126]
3——煤或煤样输送装置
[0127]
4——辐射式测量装置
[0128]
4-1辐射源
[0129]
4-2辐射探测器
[0130]
4-3安装框架
[0131]
5——数据采集控制器
[0132]
6——煤样
[0133]
图2辐射式煤质参数离线测量仪构成示意图
[0134]
1——测量点(煤采样点)
[0135]
2——采样装置
[0136]
2-1采样器
[0137]
2-4称装煤样器皿
[0138]
3——煤样输送装置
[0139]
4——辐射式测量装置
[0140]
4-1辐射源
[0141]
4-2辐射控制器
[0142]
4-3安装框架
[0143]
图3连续采样辐射式煤质参数在线测量仪构成示意图
[0144]
1——测量点(采样点)
[0145]
2——煤样采集装置
[0146]
2-1螺旋输送机即采样器
[0147]
2-2破碎机
[0148]
3——煤或煤样输送装置
[0149]
3-1测量管
[0150]
3-2螺旋输送机
[0151]
4——辐射式测量装置
[0152]
4-1辐射源
[0153]
4-2辐射探测器
[0154]
5——数据采集控制器
[0155]
图4随机采样辐射式煤质参数离线测量仪示意图
[0156]
图4(a)正视图图4(b)俯视图
[0157]
1——测量点(采样点)
[0158]
2——煤样采集装置
[0159]
2-1采样器
[0160]
2-2称装煤样器皿
[0161]
3——直线式往返输送装置
[0162]
15移动板轨道
[0163]
16电动推杆
[0164]
17移动板
[0165]
18支架
[0166]
图5安装在生产线上煤质参数在线测量仪示意图
[0167]
10——输送机
[0168]
11——整形料斗
[0169]
12——角位移测厚仪
[0170]
13——生产线上皮带输送机
具体实施方式
[0171]
以下结合附图对本专利具体实施做进一步说明，煤质参数在线测量仪的实施有两种方案，一是采样装置对生产中输送煤进行连续采样或时间基采样，辐射式测量装置进行连续测量；二是生产输送煤通过整形装置，辐射测量装置直接对输送煤进行测量。
[0172]
图1给出了采用采样装置(2)进行时间基采样的煤质参数在线测量仪构成示意图；
[0173]
图5给出采用整形装置(2)对输送煤进行整形后直接测量的煤质参数在线测量仪构成示意图；
[0174]
在线测量的采样装置包括有采样器(2-1)、破碎机(2-2)料管或料斗(2-3)，其中采样器在煤炭生产中应用较多的有重锤式切割器，在相同的时间内横向切割输送带上煤，连续取得煤样，经破碎机破碎后送至煤样输送装置进行连续测量，采样器还可在落料处采取煤样，此时的采样器可选取切割槽式采样器，切割斗式采样器，摇臂式采样器；
[0175]
图3还给出了采用螺旋输送器(作为采样装置)进行连续取样、连续测量的煤质参数在线测量仪构成示意图。
[0176]
煤质参数离线测量仪的离线测量是采样器(2-1)随机采取静止煤或流动煤的煤样，经制样制成试验煤样后，装入称装煤样器皿并将其放置在煤样输送装置(3)上进行测量，图2给出了煤质参数离线测量仪示意图，随机采样的采样器，目前应用最多的是机械螺杆式采样器，它可对火车、汽车、轮船、煤场堆煤，入厂煤等进行随机采样快速测量。
[0177]
煤质参数在线或离线测量仪的煤或煤样输送装置(3)可选用多种形式输送装置或输送机，本专利推荐选用：离线测量选用往返直线式输送装置或圆盘旋转式输送装置，图4给出了采用往返直线式输送装置的煤质参数离线测量仪示意图。在线测量选用皮带式输送机或螺旋输送机或测量管 螺旋输送机或直接采用生产工艺中皮带输送机。
[0178]
图3给出的是测量管 螺旋输送机，构成输送装置，在线测量仪示意图。
[0179]
图5给出的是用户生产中皮带输送机作为输送装置，在线测量仪示意图。
[0180]
煤质参数在线或离线测量仪的辐射测量装置的辐射源(4-1)，辐射探测器 (4-2)推荐选用低能x射线源和x射线探测器选用一个或多个闪烁计数器或半导体阵列探测器。
[0181]
附图3、图4、图5是本专利推荐的实施方案。当然，本技术领域技术人员根据本专利思想以及技术方案中各个设备装置的功能作用可做出多种形式实施方案或变形，也属于本专利保护范围。
[0182]
技术效果：煤质参数在线或离线测量，全面、快速检测出灰分、水分、全碳、挥发分
以及发热量，可为煤炭生产、加工、利用以及生产管理等诸多领域提供重要依据，对提高产品质量、提高煤炭利用率、提高生产管理水平、提高火电发电效率，减少排放，以及智能电厂建设都有重要意义。