CN103376267B - 一种灰分在线测量系统和灰分在线控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灰分在线测量系统和灰分在线控制系统及其方法，该灰分在线测量系统应用于煤炭输送带上或产出煤输送带上的煤炭灰分在线测量；灰分控制系统应用于选煤工艺流水线产出煤的灰分控制。灰分在线测量系统包括：输送机、煤样制作成形装置、X射线灰分测量装置以及数据采集处理控制器。该系统还包括选煤工艺流水线上的灰分控制装置，构成灰分控制系统。数据采集处理控制器根据灰分测量装置测得的灰分信号及灰分数学模型计算当前的灰分值，实现灰分在线测量；再根据当前灰分值与目标灰分值的差值，对选煤控制装置发出控制信号，以减少该差值，实现灰分在线控制。本发明可实现灰分在线测量与控制，提高选煤质量，对节能减排具有重要意义。

Description

一种灰分在线测量系统和灰分在线控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种灰分在线测量技术与控制技术，特别是涉及选煤厂产出煤的灰分在线测量系统和灰分在线控制系统及其方法。

背景技术

煤炭一般包括两部分物质，一种是碳、氢、硫等构成的可燃物质，另一种是钙、铝、硅、铁等氧化物构成的不可燃物质（无机矿物杂质）。煤灰分是不可燃的物质质量占煤炭总质量的百分比，它是表征煤炭品质好坏的重要指标之一，无论是煤炭生产单位，如煤矿、选煤厂，还是燃煤用户，如电厂、水泥厂、化工厂、钢厂、炼焦厂、动力配煤等都需要了解煤质好坏，都需要对输送煤炭的灰分进行在线测量，特别是选煤厂更需要对工艺流水线产出煤的灰分进行在线测量与控制来提高产煤质量，现以选煤厂为例进行表述。

选煤的原理是利用原煤所含这两种物质性质的差异进行分选，减少或去掉杂质。目前选煤方法和选煤工艺流程繁多，但都有一个共同特点，这就是，不管用何种选煤工艺，都需要配置相应的灰分控制装置用以调节选煤参数，达到控制产出煤的灰分。

灰分A_ad通常与一选煤工艺中可控的选煤参数X（或X和Y）存在对应变化关系，A_ad=f(X)或A_ad=(X,Y)。在灰分控制过程中，通过调节、控制选煤参数X（或X，Y），达到去掉杂质，提高煤质的目的。

当前选煤厂灰分控制，多数是定时取样，用灰化法（灼烧法）测量灰分值，而后再人工调节与灰分相关的参数(X或X,Y)进行灰分控制。

灰化法测量时间较长，导致调节滞后。当选煤厂的选煤工艺流水线在持续运转时，测量灰分以及人工调节需要较长时间，使得在测量及调节期间内，已经有大量原煤依照不准确的参数X、Y进行了分选，且由于人工检测无法实现实时调节，严重影响了选煤质量。

90年代双能γ射线在线灰分测量仪，应用于选煤工艺中的灰分测量，从而引起了在线灰分控制方面的研究、探讨，但灰分在线闭环实时控制尚未得到广泛应用。专利201110162779.3只是提出了采用X射线源和X射线探测器，实现灰分测量的方法，并未应用于灰分在线控制中并且其灰分数学模型只在水分变化小时适用，当水分变化比较大时，将产生较大误差。采用X射线灰分测量装置，与采用γ射线灰分测量装置相比，有如下优点：

1.X射线能量低，对煤灰分有较高的鉴别力，因而具有较高的测量精度。

2.辐射安全性高，易防护，即使丢失也不会造成对人身的伤害。

为此，本发明提供了一种X射线灰分在线测量系统和灰分控制系统及其方法，用以实现灰分在线测量与灰分闭环控制。这对提高选煤质量、节约能源和为企业创造可观经济效益等都具有重要意义。

发明内容

本发明解决的问题在于，对煤炭输送机上的煤炭进行灰分在线测量。

更进一步的，实现煤灰分的在线闭环控制。

本发明公开了一种灰分在线测量系统，该系统包括：

输送机，用于输送被测煤炭；

煤样制作成形装置，用于将被测煤炭制作成被测煤样；

X射线灰分测量装置（含X射线源和X射线探测器），用于对该被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号；

数据采集处理控制器接收该灰分信号，并按灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值。

该数学模型为：

A_adi=K_A*X_i

X_i=ln（N_i/N_o）

A_adi—当前灰分值；

K_A—灰分标定系数；

N_i—X射线灰分测量装置测量该被测煤样时输出的灰分信号；

N_o-X射线灰分测量装置在未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号。

该系统还包括水分测量装置、测重装置或测厚装置，该水分测量装置用于对该被测煤样进行水分测量，获得含水量，该测重装置用于测量被测煤样的重量并获得重量值，或该测厚装置用于测量该被测煤样的厚度并获得厚度值；

该数据采集处理控制器根据该灰分信号、该重量值以及含水量，或，根据获得的灰分信号、厚度值以及含水量，并按水分修正的灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值。

该灰分数学模型为：

A_adi=K_A*K_Mi*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

K_Mi=C+K（M_i-M_O）

其中，A_adi为当前灰分值，K_A为煤灰分标定系数，K_Mi为水分修正系数，N_o为X射线灰分测量装置在未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号，N_i为X射线灰分测量装置在测量该被测煤样时输出的灰分信号，w_i为被测煤样的重量，d_i为被测煤样的厚度，M_O为标定煤灰分标定系数K_A时被测煤样的含水量，M_i为该含水量，K和C分别为K_Mi与（M_i-M_O）变化关系曲线进行线性拟合的直线斜率和截距。

系统所述煤样制作成形装置还包括：搅拌装置、破碎装置、除铁装置、整形装置和压实装置中的一种或多种；

搅拌装置，用于将被测煤炭搅拌均匀；

破碎装置，用于降低被测煤炭的粒度；

除铁装置，用于去除被测煤炭的含铁量；

整形装置，用于使被测煤炭形成形状与厚度一致的被测煤样；

压实装置，用于对该被测煤样进行压实。

该系统还包括一取样装置，用于从该输送机上获取被测煤炭，并输送至该煤样制作成形装置。

该系统还包括校正X射线探测器，用于监测与修正灰分测量装置的零点，假设在无被测煤炭时，X射线灰分测量装置的输出信号为N₀（零点），校正X射线探测器的输出信号为N₀₁，则N₀＝K*N₀₁,其K=N₀/N₀₁，用N₀₁值实时修正N₀值。

本发明还公开了一种灰分在线控制系统，包括：

一选煤灰分控制装置，该选煤灰分控制装置利用一选煤参数从原煤中分离出特定灰分的煤炭；以及

所述的灰分在线测量系统；

其中，该数据采集处理控制器根据计算得到的该当前灰分值与一目标灰分值的差值，对该选煤灰分控制装置发出一控制信号，该控制信号用于调整该选煤参数，以降低该差值。

本发明还公开了一种灰分在线测量方法，应用于输送煤炭的灰分在线测量和选煤厂选出煤的灰分在线测量，该方法包括：

步骤1，从煤炭输送带上或从选煤工艺流水线的产出煤输送带上获取被测煤炭；

步骤2，将被测煤炭制作成为被测煤样；

步骤3，利用X射线灰分测量装置对被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号；

步骤4，数据采集处理控制器根据该灰分信号并按一灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值。如此连续对被测煤样进行测量和计算，从而完成灰分在线测量。

该步骤3、4之间还包括，对该被测煤样进行水分测量，获得该被测煤样的含水量，以及，对该被测煤样进行重量测量或厚度测量，获得该被测煤样的重量值或厚度值；

该步骤4进一步包括，该数据采集处理控制器根据该灰分信号、该重量值以及该含水量，或，根据该灰分信号、该厚度值以及该含水量，并按灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值。

该灰分数学模型为：

A_adi=K_A*K_Mi*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

K_Mi=C+K（M_i-M_O）

其中，A_adi为当前灰分值，K_A为煤灰分标定系数，K_Mi为水分修正系数，N_o为X射线灰分测量装置在未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号，N_i为X射线灰分测量装置在测量该被测煤样时输出的灰分信号，w_i为被测煤样的重量，d_i为被测煤样的厚度，M_O为标定煤灰分标定系数K_A时被测煤样的含水量，M_i为该含水量，K和C分别为K_Mi与（M_i-M_o）变化关系曲线进行线性拟合的直线斜率和截距。

本发明还公开了一种灰分在线控制方法，应用于选煤厂的选煤工艺流水线上，该选煤工艺流水线包括一选煤灰分控制装置，该选煤灰分控制装置可利用一选煤参数从原煤中分离出特定灰分的煤炭，包括：

步骤1，从该选煤灰分控制装置的输出端获取被测煤炭；

步骤2，将被测煤炭制作成为被测煤样；

步骤3，利用X射线灰分测量装置对被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号；

步骤4，数据采集处理控制器根据该灰分信号并按一灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值；

步骤5，数据采集处理控制器根据该当前灰分值与一目标灰分值的差值，对灰分控制装置发出调整该选煤参数的控制信号，以降低该差值。如此连续对被测煤样进行测量和控制，达到产出煤的灰分值与目标灰分值相一致，实现在线灰分控制。

该步骤5进一步包括：

数据采集处理控制器根据该差值，通过PID运算产生一回控量；

数据采集处理控制器根据灰分与该选煤参数之间的关系并依据该回控量，计算一参数调整量；

数据采集处理控制器根据该参数调整量对灰分控制装置发出控制信号调整选煤参数，以降低该差值，实现灰分闭环控制。

本发明实现了对选煤工艺流水线进行在线的煤灰分测量与闭环控制。保证产出煤的煤灰分与目标值相一致。提高了出产的煤的品质。本发明中的灰分在线测量系统还可单独应用于电厂、炼焦厂、水泥厂、钢铁厂、动力配煤等企业的煤炭输送线在线灰分测量上，以达到充分利用能源，降低能耗，减少排放的目的，为企业带来较大经济效益。

附图说明

图1A所示为本发明的灰分在线测量系统100的结构图；

图1B所示为本发明的灰分在线控制系统200的结构图；

图1C、1D所示为本发明的灰分在线测量方法和控制方法流程图；

图2所示为本发明的煤样制作成形装置的结构图；

图3所示为本发明的重介选煤在线灰分控制系统的结构图；

图4A、4B所示为本发明的选煤工艺流水线灰分在线控制流程图；

图5为本发明的跳汰选煤在线灰分控制系统的结构图；

图6为本发明的校正X射线探测器的设置位置示意图。

具体实施方式

以下借助附图对本发明进行详细的描述。

如图1A所示为本发明的灰分在线测量系统的结构示意图，图1B所示为本发明的灰分在线控制系统的结构示意图。

在图1A中，煤样制作成形装置3接收从煤炭输送带（输送机）7上获取被测煤炭，对其进行预处理，将其制作成符合测量要求的被测煤样。

被测煤样被输送到灰分测量装置4，由灰分测量装置4对该被测煤样进行灰分测量，并获取灰分信号。灰分测量后，该被测煤样被送回输送带7上。数据采集处理控制器5接收该灰分信号，并按灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值。该灰分测量装置4为X射线灰分测量装置，含X射线源和X射线探测器。

本发明可以利用取样装置从煤炭输送带（输送机）7上取少许被测煤炭并送给煤样制作成形装置3。而不设置取样装置，煤样制作成形装置3直接将煤炭输送带上的煤炭制作成被测煤样也在本发明的公开范围。

图1B在图1A的基础上，进一步包括选煤工艺流水线中已设置的选煤灰分控制装置1，用于调节选煤参数，控制产出煤的灰分。图1B所示，数据采集处理控制器5根据已计算得到的当前灰分值及预先存储的目标灰分值，计算其差值，根据该差值对选煤灰分控制装置1发出调整该选煤参数的控制信号，以降低该差值，实现灰分在线控制。

如图1C所示为本发明的一种灰分在线测量方法的流程图，对应图1A的技术方案，图1D所示为本发明的一种灰分在线控制方法的流程图，对应图1B所示实施例，图1C的该测量方法包括：

步骤1，从煤炭输送带上获取被测煤炭；

步骤2，将该被测煤炭制作成为被测煤样；

步骤3，利用X射线灰分测量装置针对该被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号；

步骤4，数据采集处理控制器根据该灰分信号并按一灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值。

如此连续对煤炭输送带上源源不断的传送的被测煤样进行测量和计算，从而完成灰分在线测量。

图1D的控制方法则在图1C的基础上进一步包括步骤5：

步骤5，数据采集处理控制器根据当前灰分值和一目标灰分值的差值，对灰分控制装置发出控制信号，调节选煤参数，以降低该差值。

如此连续对被测煤样进行测量、计算和控制，从而完成灰分在线控制。

以下详细介绍本发明的灰分测量过程。

在实践过程中发现，煤灰分测量受到多种因素的影响，其中就包括水分、含铁量、煤颗粒粒度、堆积形状、密实状况、被测煤炭分布状况等，为了保证灰分测量的精确，需对被测煤炭进行预处理，消除影响。故而，本发明中设置该煤样制作成形装置3，以将被测煤炭制作成符合测量要求的被测煤样。

如图2所示为本发明的煤样制作成形装置3的结构图。

煤样制作成形装置3包括：

搅拌装置31，用于将被测煤炭（N次取样得到的被测煤炭）搅拌均匀；

破碎装置32，用于降低该被测煤炭的粒度；

除铁装置33，用于去除该被测煤炭的含铁量；

整形装置34，用于将被测煤炭整形为形状与厚度一致的被测煤样；

压实装置35，用于对该被测煤样进行压实；

搅拌装置31可为一搅拌器；

破碎装置32可采用鄂式破碎机或双辊式破碎机或粉碎机；

除铁装置33可采用一电磁除铁器或永磁式除铁；

整形装置34可采用一整形料仓或定料管或螺旋输送机（采用螺旋输送机时可不采用压实装置35和整形装置34）；

压实装置35可采用压辊式压实器。

由于选煤工艺不同，选出的煤的状况也不同，其所含诸多影响因素也各异。因此，针对具体被测煤样存在影响测量的因素，来选择煤样制作成形装置3中的编号31-35中的部分或全部装置。如，用浮选工艺生产的产出煤粒度已足够小，不存在粒度变化影响，也就无需选用破碎装置32。

下面结合图3做进一步的说明。

利用取样装置2从选煤工艺流水线产出煤输送带上获取被测煤炭，送至煤样制作成形装置3，该取样装置2可采用重锤式取样器或闸板式分流器。

其中X射线灰分测量装置4包括射线源41和射线探测器42，二者分别安装整形装置34的两侧。射线源41发出的射线穿过整形装置中的被测煤样后，被射线探测器42接收并产生灰分信号，射线探测器42将该灰分信号发送至数据采集处理控制器5，由数据采集处理控制器5进行数据运算以及控制。该灰分测量装置4可具体采用X射线源和X射线探测器。X射线探测器可选用NaI闪烁计数器。

在图3实施例中，该系统还包括水分测量装置36，用于测量该被测煤样的含水量。该水分测量装置36为红外水分仪或微波水分仪。水分测量装置36包括水分探头361和水分测量主机362，水分探头361设置在输送带7的上方或下方。

该系统还包括一测重装置或测厚装置，用于对被测煤样进行重量测量或厚度测量，并将获得的重量值w_i或厚度值d_i发送至数据采集处理控制器5。

数据采集处理控制器5根据获得的灰分信号、含水量、重量（或厚度）按数学模型计算被测煤样的当前灰分值。

在一实施例中，该灰分数学模型为：

A_adi=K_A*X_i

X_i=ln（N_i/N_o）

A_adi—当前灰分值；

K_A—煤灰分标定系数；

N_i—X射线灰分测量装置测量该被测煤样时输出的灰分信号；

N_o—X射线灰分测量装置在未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号。

在另一实施例中，该灰分数学模型为：

A_adi=K_A*K_Mi*X_i（1）

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

其中，A_adi为当前灰分值，K_A为煤灰分标定系数。K_Mi为水分修正系数，N_o为灰分测量装置在无被测煤样（未测量该被测煤样）时输出的灰分信号，N_i为灰分测量装置在测量被测煤样时输出的灰分信号，w_i为被测煤样的重量值，d_i为被测煤样的厚度值。

公式（1）中的K_A、K_Mi，需要预先确定。特别是K_Mi需要通过标定以及直线拟合确定。该确定过程包括：

首先假设K_Mi为1，确定K_A的值。取一份已知灰分值A_ado的标定煤样A_o，利用灰分测量装置对该标定煤样A_o进行测量，获得该标定煤样A_o的灰分信号（N_io、N_o）。N_o为该灰分测量装置在无该标定煤样A_o时输出的灰分信号，N_io为该灰分测量装置有该标定煤样A_o时所输出的灰分信号。利用测重装置测量该标定煤样A_o的重量值w_o（此处以重量值为例），利用水分测量装置测得标准煤样A_o的含水量为M_o。

此时标定煤样A_o的基本参数为灰分值为A_ado、含水量为M_o，K_Mi为1，

则，公式（1）变为：

A_ado=K_A*[ln（N_io/N_o）/w_o]*1（2）

由公式（2）可以得到K_A的一个具体数值。

K_A=A_ado/[ln（N_io/N_o）/w_o]（3）

此时，得到水分修正的第一个数据，该第一个数据为（M_o，K_Mi＝1），即，（M_o，1）。

接下来对K_Mi进行标定，取灰分仍为A_ado，水分为M₁的标定煤样A₁。

利用灰分测量装置对该标定煤样A₁进行测量，获得该标定煤样A₁的灰分信号（N_i1、N_o）。N_o为该灰分测量装置在无该标定煤样A₁时输出的灰分信号，N_i1为该灰分测量装置有该标定煤样A₁时所输出的灰分信号。利用测重装置测量该标定煤样A₁的重量值w₁。

由于K_A的数值已知，则公式（1）变为：

K_M1=A_ado/[ln（N_i1/N_o）/w₁]*K_A（4）

从公式（4）中，可以得到K_Mi的一个具体数值K_M1。从对煤样A₁的测量中，可收集第二个数据（M₁，K_M1）。

取灰分仍为A_ado，水分为M₂的煤样A₂，通过上述方式进行标定，可收集第三个数据（M₂，K_M2）。

通过上述方式，可进一步收集多个数据（M_i，K_Mi）。

将收集到的上述多个数据转换为以M_o为原点的多个（△M，K_Mi）数据（△M_i＝M_i-M_o），并对该多个数据进行直线拟合。

得到该拟合直线的方程式为：K_Mi=C+K（M_i-M_o）（5）

C为所拟合连成的直线的截距，K为斜率。

将K_Mi与K_A的具体数值或公式代入公式（1）中，则公式（1）中K_A、N_o、M_o、C、K均为已知值，N_i、w_i、M_i均可通过测量得到，则公式（1）中的各系数完整，由此，可按公式（1）计算被测煤样的灰分值。

该公式（1）预先存储于数据采集处理控制器中。

在实际测控过程中，数据采集处理控制器5根据灰分信号、含水量、重量值（或厚度值）以及该灰分数学模型，计算被测煤样的当前灰分值，再根据该当前灰分值与一目标灰分值的差值，对灰分控制器发出调整该选煤参数的控制信号，以降低该差值，实现灰分闭环控制。

以下以重介选煤工艺为例，做进一步详细陈述。图3所示为本发明重介选煤的在线灰分测控系统200的结构图。

重介选煤是指利用密度大于1Kg/cm³的介质溶液按煤颗粒密度差异进行选煤，目前已普遍采用。磁铁矿粉与水配置的悬浮溶液作为选煤重介质溶液。

将原煤倒入选煤工艺流水线的悬浮溶液中，在悬浮溶液密度（ρ）的浮力作用下，原煤形成煤颗粒密度自上而下呈从小到大的分布。原煤中密度小于ρ的煤颗粒，浮在悬浮溶液上方。

当悬浮溶液密度（ρ）大时，浮在悬浮溶液上方的密度大的煤颗粒就多，则灰分就大；相反当悬浮溶液密度（ρ）小时，浮在悬浮溶液上方的密度大的煤颗粒就少，则灰分小。通过选取浮在悬浮溶液上方的煤颗粒，即可得到灰分在一定范围内的煤。

因此，通过调整悬浮溶液密度（ρ）的具体数值，可以控制捞取得到的煤的灰分值大小。可见，煤灰分A_ad是悬浮溶液密度（ρ）的函数，即A_ad=f(ρ)=K_ρ*ρ，K_ρ为ρ与A_ad之间存在的系数。悬浮溶液密度（ρ）即为一选煤参数X。

图4A所示为重介选煤灰分在线控制方法流程图，该方法包括：

步骤401，从产出煤输送带上获取被测煤炭；

步骤402，将被测煤炭制作成被测煤样；

步骤403，对被测煤样进行灰分、水分、重量或厚度测量，获取灰分信号、含水量、重量值或厚度值；

步骤404，数据采集处理控制器根据灰分信号、含水量、重量值或厚度值，并按灰分数学模型计算出当前被测煤样的灰分值；

步骤405，数据采集处理控制器根据当前被测煤样的灰分值A_adi和目标灰分值A_目标计算差值△A_ad，△A_ad＝A_adi-A_目标。

步骤406，该数据采集处理控制器根据该差值△A_ad进行PID运算（或模糊控制）得到一回控量△A_ad回控。

步骤407，该数据采集处理控制器再依据A_ad＝f(ρ)=K_ρ*ρ计算△A_ad回控所对应的参数调整量△ρ。△ρ=△A_ad回控/K_ρ。

步骤408，该数据采集处理控制器对△ρ进行判断：

如果△ρ大于0，说明当前被测煤样的灰分值大于目标灰分值，需进行降低灰分的操作，即，降低选煤参数ρ。则该数据采集处理控制器对选煤灰分控制装置发出降低选煤参数ρ的控制信号。该选煤灰分控制装置根据该控制信号执行增加该悬浮溶液的含水量的操作，降低ρ的操作，即，该选煤灰分控制装置打开进水口对容纳该悬浮溶液的容器加水。随后，重新对选煤灰分控制装置1输出的产出煤进行采样，同样通过上述手段测量其灰分，计算该差值，调整该选煤参数ρ，直至△ρ=0时停止调整。

如果△ρ等于0，说明当前被测煤样的灰分值等于目标灰分值，则当前生产的煤符合预期标准，则数据采集处理控制器不对选煤灰分控制装置发出调整信号，保持当前参数运行，待下次定时取样时刻，重新执行步骤401，循环进行在线灰分测控。

如果△ρ小于0，说明当前被测煤样的灰分值小于目标灰分值，需进行增加灰分的操作，即，提高选煤参数ρ。则该数据采集处理控制器对选煤灰分控制装置发出提高选煤参数ρ的控制信号。该选煤灰分控制装置根据该控制信号执行增加该悬浮溶液的密度的操作，即，该选煤灰分控制装置打开溶液入口对容纳该悬浮溶液的容器增加高密度悬浮溶液，从而提高洗出选出煤的灰分。随后，重新对选煤灰分控制装置1输出的产出煤进行采样，同样通过上述手段测量其灰分，计算该差值，调整该选煤参数ρ，直至△ρ=0时停止调整。

本发明可定时取样，即每隔特定时间循环执行步骤401-408，也可连续取样，循环执行步骤401-408。

在另一具体实施例中（如图5），应用于跳汰选煤工艺进行原煤分选。

图5所示为本发明的跳汰选煤工艺的在线灰分测量装置及控制系统200的结构图。

该跳汰选煤工艺是通过水流的交变和上下运动进行煤分选。将原煤置于水流中，在上下、交变水流的作用下，按煤颗粒密度不同而形成密度自上而下从小到大分布。下层是煤矸石，密度较大，灰分较大。中层是中煤，密度中等，灰分中等。上层是精选煤，密度最小，灰分较小。在选煤灰分控制装置的出口处可设置闸板，该闸板可具体设置在上层与中层之间的位置，通过调节、控制闸板的开启度，可以对上层，或者，上层和中层的煤进行选取，进而可以进行灰分控制。由此可见，在本实施例中，该闸板的开启度H为选煤参数。开启度H与灰分值A_ad之间存在函数关系：A_ad=f(H），A_ad＝K_H*H。K_H为开启度H与灰分值A_ad函数之间的系数。

并且，当开启度H大时，从闸门选取的煤可能包括上层和中层的煤，则灰分就大，当开启度H小时，从闸门选取的煤主要是上层的煤，中层的煤较少，则所选取的煤的灰分值也小。

本实施例（图5）与前述实施例（图3）基本相同，差别之处在于，该选煤灰分控制装置选用调频电机控制该闸板开启度H。图5中取样装置2采用挡板式分流器连续取样。

取样装置2还可采用闸板式分流器，其可安装在输送带7上方，闸板式分流器可一直放置在产出煤输送带之上，从选出的煤流中连续取出部分煤样，进行连续测量，也可预先确定时间段，间隔性取样进行间断性测量。

图5与图3的差别之处还在于，根据跳汰选煤工艺选出的煤所存在的影响测量灰分的因素，煤样制作成形装置选取如下装置：搅拌装置、破碎装置和整形装置。

搅拌装置31选用搅拌器将被测煤样搅拌均匀；破碎装置32选用双辊式破碎机，将被测煤样粒度破碎成1mm-3mm；整形装置34选用带有水分测量窗口的定料管（定量喂料机），安装在输送机7’入料口处；灰分测量装置4选用X射线源和X射线探测器，二者安装在整形料仓两侧，或者输送带的上方或下方，X射线探测器选用半导体射线探测器；输送机7’选用皮带输送机或螺旋输送机，在选用皮带输送机时，测重装置6可选用电子皮带秤；水分测量装置36选用红外或微波水分测试仪；数据采集控制器5选用PLC。

本实施例（图5）与前述实施例（图3）的具体测控过程与前步骤401到406相同，本实施例与前述实施例的差别之处还在于，当该数据采集处理控制器5根据该差值（△A_ad，△A_ad=A_adi-A_目标）进行PID运算（或模糊控制）得到一回控量△A_ad回控后，执行步骤407，依据A_ad=f(H)=K_H*H计算△A_ad回控所对应的参数调整量△H。

步骤408，该数据采集处理控制器5对△H进行判断：

如果△H大于0，说明当前被测煤样的灰分值大于目标灰分值，需进行降低灰分的操作，即，降低选煤参数H。则该数据采集处理控制器5对选煤灰分控制装置发出降低选煤参数H的控制信号。该选煤灰分控制装置根据该控制信号执行降低闸门开启度的操作，进而降低灰分。随后，重新对产出煤进行采样，同样通过上述手段测量其灰分，计算该差值，调整该选煤参数H，直至△H=0。

如果△H等于0，说明当前被测煤样的灰分值等于目标灰分值，则当前生产的产出煤符合预期标准，则数据采集处理控制器5不对选煤灰分控制装置发出调整信号，保持当前参数运行，待下次取样循环进行在线灰分测控。

如果△H小于0，说明当前被测煤样的灰分值小于目标灰分值，需进行增加灰分的操作，即，提高选煤参数H。则该数据采集处理控制器5对选煤灰分控制装置发出提高选煤参数H的控制信号。该选煤灰分控制装置根据该控制信号增加闸门开启度的操作，从而增加灰分。随后，重新对产出煤进行采样，同样通过上述手段测量其灰分，计算该差值，调整该选煤参数H，直至△H=0。

如图4B给出了本实施例（跳汰选煤工艺）灰分在线控制方法的流程图。另外，如图6所示，为本发明的校正X射线探测器的设置位置示意图。以图5的结构为例，校正X射线探测器43安装在射线源41的X射线测量区内，且没有被测煤炭的地方，用以监测灰分测量装置4的零点变化。校正X射线探测器43将接收到的X射线转换为输出电信号，在无被测煤炭时，校正射线探测器43的输出信号变化反映了发射的X射线的稳定性。假设在无被测煤炭时，射线探测器42的输出信号为N_o（零点），校正X射线探测器43的输出信号为N₀₁，则N₀＝K*N₀₁,其K=N₀/N₀₁，据此，以N₀₁的变化修正N₀值。该校正X射线探测器还可以安装在本发明的其他实施例中。

上述的实施例均采用了一个选煤参数，本发明还可应用于两个或多个选煤参数的情况，即，A_ad=f(X，Y)。

通过上述方式，可实时测量煤炭的在线灰分并实时对产出煤的灰分进行在线闭环控制，以随时与目标灰分值保持一致，提高产出煤的产品质量。另外，本发明通过直接对选煤参数进行控制，使灰分控制的精确度高，运行稳定。

基于以上实施例，本发明实现的技术效果在于：

1.建立不同测量条件下灰分测量数学模型

根据物质对射线吸收定律，不同物质对X射线的吸收能力不同，同一物质不同重量、不同厚度，吸收X射线也不同，而物质含水量的变化也影响对X射线的吸收，因此限定其测量条件，使其对X射线的吸收仅决定于灰分变化，并建立不同条件下相应的X射线的灰分数学模型，是实现灰分测量的关键。

1）同一重量或同一厚度下，本发明采用如下灰分数学模型：

A_adi=K_A*X_i

X_i=[ln（N_i/N_o）]

A_adi—当前灰分值

K_A—煤灰分标定系数

N_i—X射线灰分测量装置测量该被测煤样时输出的灰分信号

N_o—X射线灰分测量装置在未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号。

2）当重量不同或厚度不同时，本发明将采用如下灰分数学模型：

A_adi=K_A*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

w_i—被测煤样的重量

d_i-被测煤样的厚度

3）为了提高测量的准确度，本发明进一步采用了具有水分修正的数学模型：

A_adi=K_A*K_Mi*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

当W_i或d_i不变（为常数时），X_i＝ln（N_i/N_o）

K_Mi=C+K（M_i-M_O）

其中，A_adi为当前灰分值，K_A为煤灰分标定系数，K_Mi为水分修正系数，N_o为无被测煤样时，灰分测量装置输出的灰分信号，N_i为有被测煤样时，灰分测量装置输出的灰分信号，W_i为煤样的重量，d_i为煤样的厚度，M_O为标定煤灰分标定系数K_A时煤样的含水量，M_i为该含水量，K和C分别为K_Mi与（M_i-M_O）变化关系曲线进行线性拟合的直线斜率和截距。

水分修正可在重量或厚度相同，也可在重量或厚度不同的两种测量条件下进行修正，以下均以重量或厚度不同进行叙述。

2.研制高稳定性X射线源，减少X射线能量连续分布谱变化对测量的影响。

γ射线是核衰变产生的，其每个γ射线粒子都具有相同的能量，不受外界任何因素影响，是极其稳定的。而X射线是高速电子轰击X射线管的阳极靶材发生韧致辐射而产生的，每个X射线的能量都不同，呈由高到低连续谱分布，其平均能量约为X射线管施加高压值的2/3，因而外界因素变化尤其施加高压的变化，都会引起X射线能谱分布的变化，从而导致物质对X射线吸收的变化，解决好X射线源的稳定性，消除其变化对测量的影响，也是采用X射线测量灰分的关键技术。为此，本发明采用具有高稳定度（0.1%-0.05%）高压电源给X射线管供电；采用恒温控制装置稳定X射线源工作环境温度，消除温度变化影响；采用净化电网电压、浮地技术、屏蔽措施等，以此消除X射线能量连续分布谱变化对测量的影响。

3.设置校正X射线探测器，安装在X射线测量区的无被测煤炭处，以监测灰分测量装置零点变化。

4.本发明是X射线灰分在线测量，被测煤炭的流量变化、堆积形状、所处不同位置、密度、含铁量等诸多因素都影响着物质对X射线的吸收。特别是X射线能量低，诸多因素对测量影响更大，本发明采用煤样制作成形装置对被测煤炭进行预处理，制成符合测量要求的被测煤样，用以消除上述诸多因素影响，煤样制作成形装置中包含有多种装置，根据被测煤样存在的影响因素进行选择。

5.X射线灰分控制系统是根据实时测量的灰分值与一目标灰分值的差值，对灰分控制装置发出控制信号，用于调节其选煤参数，控制产出煤灰分，以减小该差值，实现灰分闭环控制。

Claims (8)

1.一种灰分在线测量系统，其特征在于，该系统包括：

输送机，用于输送被测煤炭；

煤样制作成形装置，用于将被测煤炭制作成符合测量要求的被测煤样；

X射线灰分测量装置，含X射线源和X射线探测器，用于对该被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号(N_O,N_i)；

水分测量装置，用于测量该被测煤样的含水量M_i；

测重装置或测厚装置，该测重装置用于测量该被测煤样的重量W_i，该测厚装置用于测量该被测煤样的厚度d_i；

数据采集处理控制器，接收该灰分信号(N₀，N_i)、该含水量M_i以及该重量W_i，或者，接收该灰分信号(N₀，N_i)、该含水量M_i以及该厚度d_i，并按灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值；

该灰分数学模型是：

A_adi＝K_A*K_Mi*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $X_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

K_Mi＝C+K(M_i-M_O)

其中，A_adi为该当前灰分值；K_A为在M_i＝M₀时，进行标定得到的煤灰分标定系数；K_Mi为水分修正系数；N_i为X射线灰分测量装置测量该被测煤样时输出的灰分信号；N₀为X射线灰分测量装置未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号；W_i为该被测煤样的重量；d_i为该被测煤样的厚度；M_i为该被测煤样的含水量；M₀为标定K_A时被测煤样的含水量；C，K分别为K_Mi与(M_i-M₀)变化关系曲线进行线性拟合，得到的拟合直线的截距和斜率。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该煤样制作成形装置还包括：搅拌装置、破碎装置、除铁装置、整形装置和压实装置中的一种或多种；

搅拌装置，用于将被测煤炭搅拌均匀；

破碎装置，用于降低被测煤炭的粒度；

除铁装置，用于去除被测煤炭的含铁量；

整形装置，用于使被测煤炭形成形状与厚度一致的被测煤样；

压实装置，用于对被测煤样进行压实。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括一取样装置，用于从该输送机上获取被测煤炭，并输送至该煤样制作成形装置。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括校正X射线探测器，用于对该X射线灰分测量装置输出的基准灰分信号No进行实时修正。

5.一种灰分在线控制系统，其特征在于，包括：

一选煤灰分控制装置，该选煤灰分控制装置利用一选煤参数从原煤中分离出特定灰分的煤炭；以及

如权利要求1-4中任一所述的灰分在线测量系统；

其中，该数据采集处理控制器根据计算得到的该当前灰分值与一目标灰分值的差值，对该选煤灰分控制装置发出一控制信号，该控制信号用于调整该选煤参数，以降低该差值。

6.一种灰分在线测量方法，应用于煤炭输送线上或产出煤输送线上的煤炭灰分在线测量，其特征在于，该方法包括：

步骤1，从煤炭输送线上获取被测煤炭；

步骤2，将被测煤炭制作成为被测煤样；

步骤3，利用X射线灰分测量装置对被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号(N₀，N_i)，利用水分测量装置获取该被测煤样的含水量M_i，利用测重装置获取该被测煤样的重量W_i或利用测厚装置获取该被测煤样的厚度d_i；

步骤4，数据采集处理控制器根据该灰分信号(N₀，N_i)、该重量W_i以及该含水量M_i，或，根据该灰分信号(N₀，N_i)、该厚度d_i以及该含水量M_i，并按灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值；

该灰分数学模型为：

A_adi＝K_A*K_Mi*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $X_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

K_Mi＝C+K(M_i-M_O)

其中，A_adi为该当前灰分值；K_A为在M_i＝M₀时，进行标定得到的煤灰分标定系数；K_Mi为水分修正系数；N_i为X射线灰分测量装置测量该被测煤样时输出的灰分信号；N₀为X射线灰分测量装置未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号；W_i为该被测煤样的重量；d_i为该被测煤样的厚度；M_i为该被测煤样的含水量；M₀为标定K_A时被测煤样的含水量；C，K分别为K_Mi与(M_i-M₀)变化关系曲线进行线性拟合，得到的拟合直线的截距和斜率。

7.一种灰分在线控制方法，应用于选煤厂的选煤工艺流水线上，该选煤工艺流水线包括一选煤灰分控制装置，该选煤灰分控制装置可利用一选煤参数从原煤中分离出特定灰分的煤炭，其特征在于，包括：

步骤1，从该选煤灰分控制装置的输出端获取被测煤炭；

步骤2，将被测煤炭制作成为被测煤样；

步骤3，利用X射线灰分测量装置对被测煤样进行灰分测量，获取灰分信号(N_O,N_i)，利用水分测量装置获取该被测煤样的含水量M_i，利用测重装置获取该被测煤样的重量W_i或利用测厚装置获取该被测煤样的厚度d_i；

步骤4，数据采集处理控制器根据该灰分信号(N₀，N_i)、该重量W_i以及该含水量M_i，或，根据该灰分信号(N₀，N_i)、该厚度d_i以及该含水量M_i，并按一灰分数学模型，计算该被测煤样的当前灰分值，该灰分数学模型是：

A_adi＝K_A*K_Mi*X_i

$x_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{w_i}$ 或 $X_i=\frac{\ln \left(\frac{N_i}{N_o}\right)}{d_i}$

K_Mi＝C+K(M_i-M_O)

其中，A_adi为该当前灰分值；K_A为在M_i＝M₀时，进行标定得到的煤灰分标定系数；K_Mi为水分修正系数；N_i为X射线灰分测量装置测量该被测煤样时输出的灰分信号；N₀为X射线灰分测量装置未测量该被测煤样时输出的基准灰分信号；W_i为该被测煤样的重量；d_i为该被测煤样的厚度；M_i为该被测煤样的含水量；M₀为标定K_A时被测煤样的含水量；C，K分别为K_Mi与(M_i-M₀)变化关系曲线进行线性拟合，得到的拟合直线的截距和斜率；

步骤5，数据采集处理控制器根据当前灰分值与一目标灰分值的差值，对该选煤灰分控制装置发出控制信号，调整选煤参数，以降低该差值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该骤5进一步包括：

数据采集处理控制器根据该差值，通过PID运算产生一回控量；

数据采集处理控制器根据灰分与该选煤参数之间的关系并依据该回控量，计算一参数调整量；

数据采集处理控制器根据该参数调整量对选煤灰分控制装置发出该控制信号以调整该选煤参数，以降低该差值。