CN102128840B - 一种用于快速测定煤炭灰分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于快速测定煤炭灰分的方法及其专用装置，该方法包括以下步骤：1、把灰分快速测定仪器插入煤堆，由γ光子对煤堆进行扫描；2、由探测器对经周围煤堆散射后的能量进行统计和分析，从中找出煤炭中可燃烧成分和不可燃烧成分之间的比例关系，重点分析不可燃烧成分中排序偏高的金属元素的含量，以此确定散射能量和煤炭灰分之间的量子化模型，依据模型所建立的数学关系从能量计算出煤炭的灰分含量，并把量子化模型以参数的形式加以存储，在下次检测到相同煤种的时候能自动提取该参数用于测量，并自动对不合理的或者偏差较大的数据进行剔除或者修正。该方法和装置能准确地识别煤种并计算存储煤种参数，而且易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于快速测定煤炭灰分的方法及其专用装置。
技术背景
煤炭在工业生产中有着很广泛的应用，被称为“工业的粮食”，而煤炭质量的好坏直接影响到买卖双方的计价标准和经济利益，同时也决定用煤单位所生产产品的质量，其中煤的灰分和发热量就是决定煤炭质量好坏的重要指标，也是煤质检测过程中很重要的检验指标。多少年来，煤质化验部门和化验人员就一直在摸索和探究如何快速高效的测量煤炭的灰分和发热量。就目前而言，煤炭的灰分检测主要通过燃烧法，其过程包括采样、制样和燃烧等过程，采样就是从同一批次的煤种选取多个有代表性的点，每个点取用一定量的煤样，使得混合后的煤样能对该批次的煤样具有充分的代表性；制样就是把采回的煤样充分搅匀粉碎再筛分，留下颗粒较小的作为做实验的煤样；燃烧就是对一定质量的煤样在称重后，送入高温炉膛中，在氧气充足的情况下烧20～40分钟，烧剩下的灰烬在冷却后进行再次称量，根据燃烧前的煤样质量和燃烧后的灰烬质量计算煤炭的灰分和发热量。其中仅仅燃烧和称重过程就需要20～40分钟。在煤样较多，用量较大的情况下，煤质化验人员的任务繁重，而且往往不能及时提供煤样的灰分测量结果。一般在这种情况下，为了不影响生产，通常只能扩大煤质化验室的规模，采购更多的基于燃烧原理的传统灰分测试仪器。而且不同的人在不同的条件下的采样和制样过程往往存在比较大的区别，人为引入了化验测量误差。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是，提出一种用于快速测定煤炭灰分的方法及其专用装置，该方法和专用装置能准确地识别煤种并测量灰分，而且易于实施。
本发明的技术解决方案如下：
一种自动识别煤种的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)仪器内设置两种γ光子射线源；
2)将仪器插入煤堆中，打开第一路γ光子射线源，通过探测器检测平均元素排序为12的不可燃烧成分的散射能量E1和排序较高的金属元素如Fe和Ca等的散射能量E2；关闭第一路γ光子射线源，打开第二路γ光子射线源，通过探测器检测平均元素排序为6的可燃烧成分的散射能量E3和平均元素排序为12的不可燃烧成分的散射能量E4，测量动作完成后关闭第二路γ光子射线源。
则煤种的特征参数可以表述为：T＝F(E1，，E2)；这样可以得到煤种特征。
3)根据煤种特征和E3、E4可以测出煤炭的灰分：ASH＝G(T，E3，E4)
快速测定煤炭灰分的方法，其特征在于，仪器中有两路γ光子射线源，一路γ光子射线源发射γ光子进入周围的煤堆，其散射能量体现出不可燃烧成分元素Si、Al、Ca、Mg、Fe和其中排序较高的金属元素Fe、Ca之间的比例关系；另一路γ光子射线源发射γ光子进入周围的煤堆，其散射能量体现出可燃烧成分元素C、H、O、N、S和不可燃烧成分元素Si、Al、Ca、Mg、Fe之间的比例关系。根据第一种散射能量确定煤种特征并调整参数，根据第二种散射能量并结合前面确定的参数，计算煤炭的灰分。
快速测定煤炭灰分的方法的专用装置，其特征在于，该专用装置为带有金属尖锥头的圆筒，尖锥头帮助仪器插入一定深度的煤堆，圆筒内放置有加有铅套和铜套双重保护的γ光子射线源，铅套和铜套上各自都开有直径约10mm的孔，铜套能够在电机的驱动下180度旋转，当铅套和铜套的小孔重叠时，就会有γ光子发射进入煤堆，仪器就进入测量状态。γ光子射线源的上方是专用探测器，γ光子经散射后被探测器检测到，探测器把散射能量信号转换为电信号输送给模拟电路，模拟电路把信号加以处理放大并转换为数字信号，最后由CPU根据能量信息识别煤种，并利用量子化模型计算出煤炭灰分。
仪器上部还置有操作键盘和LCD显示屏，这些外设均与嵌入式控制器相连接，有专用充电电池和防止过充过放的保护电路。在计算过程中用到了识别煤种的数学模型和计算灰分的量子化模型。
仪器前端尖锥上方有内嵌γ光子射线源的铅套，铅套仅留有一个孔，γ光子可以从小孔中发射，铅套的外面还有一个铜套，铜套的轴和一个步进电机的轴固定在一起，步进电机可以带动铜套180度转动，铜套上也留有一个小孔，当步进电机带动铜套旋转到铜套和铅套的小孔重叠时，γ光子就可以透过两个孔发射出去，此时γ光子射线源处于打开状态，仪器可以通过散射能量识别煤种并测量煤炭灰分。当步进电机带动铜套旋转到两个小孔错位时，此时的γ光子要么被铅套挡住，要么被铜套挡住，要么被两层外壳同时挡住，γ光子无法发射出去，γ光子射线源处于关闭状态，这种情况下不能检测到散射能量，也无法对煤炭进行测量。仪器还包括提供控制电路工作电源和电机驱动动力的可充电池、简单快捷的操作键盘、显示仪器信息的LCD显示屏以及用于提示报警的蜂鸣器，能为用户提供良好的人机界面。仪器的能量发生和探测机构由γ光子射线源、探测器、和信号放大处理电路组成，当仪器在尖锥的引导下进入煤堆后，γ光子的散射能量被探测器检测到并量化之后，就可以计算相应的煤种信息和灰分信息。信号输入输出模块包括仪器端的微功率无线数传模块和PC端的小功率无线数传模块，仪器在完成煤种识别和灰分测量后，把相应的数据存在控制电路的存储芯片中，然后仪器通过无线数传模块把数据传到PC的处理程序中进行进一步的处理或者打印。
本发明的工作原理是：在仪器在头部尖锥的引导下插入煤堆后，γ光子射线源发射γ光子进入煤堆，由探测器检测煤堆的散射能量信息，再根据数学模型和量子化模型，识别煤种并计算煤炭灰分
有益效果：
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明采用两路γ光子射线源产生不同的散射能量来对煤堆的灰分进行测定，避免了因为煤的产地不同，生成的地质条件不同所造成的测量误差，并免除了在校正误差的时候的大量标定工作，只要能够正确的识别煤种并检测到散射能量，就可以准确的测出煤炭灰分，能大大减少测试的时候并提高测试的精度。
2、仪器在积累了大量的经验数据后，可以通过学习型算法，大大加快 在后面的测试过程中的煤种识别进度，具备煤种识别的自学习和优化的特点。
3、仪器能够与上位机进行数据传输，可以通过上位机的处理软件进一步进行处理和误差修正，也大大提高了测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的煤种识别及灰分检测示意图；
图3是本发明的灰分测量机构组成示意图
图中：1、探测器；2、煤堆；3、散射能量；4、发射γ光子；5、γ光子射线源1；6、γ光子射线源2；7、显示屏；8、充电孔；9、键盘；10、铜套；11、铅套；12、步进电机；13、固定件；14、顶盖；15、手柄；16、上筒；17、主控电路板；18、可充电池；19、连接套；20、下筒；21、探测器固定座；22、γ光子射线源固定区；23、尖锥。
具体实施方式
如图所示，仪器包括γ光子射线源4和5、探测器1、主控电路17；
γ光子射线源4和5嵌在带小孔的铅套11里，固定在下筒底部的固定件13上，固定件13又固定在铝合金尖锥23上。固定件13上还固定着一个步进电机12，电机12的转轴和铜套10的轴连接，可以带动铜套180度旋转。下筒20内部装有γ光子探测器1，检测煤堆中的散射能量3。上筒16内部安装有主控电路，可以控制电机的旋转，接收探测器的输出信号，把相应的煤种信息和灰分信息通过无线传输模块传送到上位机。控制电路由可充电池18提供电能，当电池电压过低时会自动显示提示信息乃至于自动关机，这时可以通过充电孔8充电。顶盖14装有便于把持仪器并进行操作的手柄15，同时还有显示测量信息的显示屏7，以及供用户操作仪器的键盘9，能为用户提供良好的人机界面。测量前先由用户通过键盘输入开机信号，打开仪器，测量时通过键盘再输入开始工作的信号，主控电路驱动电机转动，带动铜套旋转，打开γ光子射线源，使得γ光子4进入煤堆2，煤堆的散射能量3被探测器1检测到，转换为电信号传给主控电路17进行处理、放大和计算。所得到的煤种信息通过显示屏7显示出来，还可以保存在存储芯片中或者经过无线传输模块传送到上位机。
Claims (2)
1.一种用于快速测定煤炭灰分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)仪器内设置两种γ光子射线源；
2)将仪器插入煤堆中，打开第一路γ光子射线源，通过探测器检测平均元素排序为12的不可燃烧成分的散射能量E1和排序较高的金属元素的散射能量E2；关闭第一路γ光子射线源，打开第二路γ光子射线源，通过探测器检测平均元素排序为6的可燃烧成分的散射能量E3和平均元素排序为12的不可燃烧成分的散射能量E4，测量动作完成后关闭第二路γ光子射线源；所述的排序较高的金属元素为Fe和Ca；
则煤种的特征参数表述为：T＝F(E1，E2)；这样可以得到煤种特征；
3)根据煤种特征和E3、E4测出煤炭的灰分：ASH＝G(T，E3，E4)。
2.根据权利要求1所述的用于快速测定煤炭灰分的方法，其特征在于，仪器中有两路γ光子射线源，一路γ光子射线源发射γ光子进入周围的煤堆，其散射能量体现出不可燃烧成分元素Si、Al、Ca、Mg、Fe和其中排序较高的金属元素Fe、Ca之间的比例关系；另一路γ光子射线源发射γ光子进入周围的煤堆，其散射能量体现出可燃烧成分元素C、H、O、N、S和不可燃烧成分元素Si、Al、Ca、Mg、Fe之间的比例关系；根据第一种散射能量确定煤种特征并调整参数，根据第二种散射能量并结合前面确定的参数，计算煤炭的灰分。
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