CN106680019A - 一种激光在线煤质检测分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光在线煤质检测分析系统，包括通过控制电缆及输送皮带、机械手依次连接的煤炭自动取样装置、煤炭连续压片制样装置和煤炭激光检测分析装置；输送皮带将煤炭自动取样装置与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓相连接；煤炭连续压片制样装置包括压片制样盘，压片制样盘的上部设有液压头、装填口；压片制样盘上设有煤粉样给料工位和填装工位，压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位；煤炭激光检测分析装置包括三维点位数控平台，三维点位数控平台上连接设有行走装置,三维点位数控平台的上部设有光学聚焦元件、脉冲激光器和激光检测分析仪。其在煤炭输煤过程中可实现煤炭的自动取样、自动压片制样和自动激光检测分析。
Description
技术领域
本发明属于煤炭检测技术领域，涉及一种激光在线煤质检测分析系统。
背景技术
目前，煤炭属于用途广泛的燃料，在煤电行业用量较大，燃煤费用占火电厂运行成本的70%以上，煤炭中灰分、热值、挥发分，水份及C，H，S等元素含量是煤炭化验分析的主要指标，也是煤质验收结算和指导锅炉燃烧的主要指标依据。传统的煤质化验分析主要依靠传统的离线人工取样、制样和化验分析，工序繁琐且耗时长，不能及时反馈煤炭的信息，因此带来诸多弊端：一是需要数小时才能知道分析结果，无法在第一时间指导来煤验收、接卸、储存；二是需要依靠人工采样、制样、化验，中间环节容易出现人为干预和失误，影响化验结果的真实性和准确性；三是由于电厂用煤多变，当入炉煤质严重偏离设计煤种或入炉煤质发生过频过大波动时，会对锅炉运行的安全性、经济性带来直接的影响，传统的离线分析不能及时的给出煤质化验报告，指导锅炉燃烧调整和优化。因此，燃煤电厂急需有效准确的煤质在线实时检测技术。现有的煤质在线检测装置主要采取快速γ中子活化分析技术，采用跨输煤皮带检测方法。由于受煤质本身属性和测定的环境条件因素对准确性影响很大，而且技术复杂，价格昂贵，且不易标定，还有潜在的辐射危害，放射源的半衰期只有2.63年，中子很难屏蔽，增加了运行费用。本专利是基于LIBS技术，将煤炭自动取样、连续压片制样及激光在线检测集成适合工业现场应用的煤质在线实时检测分析系统。具有取样地点灵活、可实时在线应用、检测速度快、采样率更高、可实现全元素分析、结果更准确、自动化程度高、避免人为因素、减少劳动强度、无放射源污染、维护成本低等特点。
专利号为“CN201220399890.4”，授权公告号为“CN202748282U”，名称为“激光检测煤质分析系统”的中国发明专利，公开了一种激光检测煤质分析系统，包括：用于为车辆进行称重的电子衡器，用于测量的激光扫描仪,用于对数据进行加密/解密的加密机，用于进行数据存储和控制的中央控制器，所述电子衡器、激光扫描仪、加密机分别连接到所述中央控制器，所述电子衡器的入口和出口分别设有感应器。其仅仅是对运输车辆煤炭装载体积进行激光检测，无法对煤质元素进行在线分析,无法实现煤质全元素分析。
专利申请号为“CN201210437644.8”，专利公开号为“CN102954971B”，名称为“基于自然伽马谱分析的火电厂煤质在线检测系统及方法”的中国发明专利申请，公开了一种基于自然伽马谱分析的火电厂煤质在线检测系统及方法，该系统包括自然γ能谱测量系统和煤质辨识系统；自然γ能谱测量系统包括自然γ测量探头、信号放大器和与之相连的稳谱控制系统及电脉冲分析系统，稳谱控制系统和电脉冲分析系统通过数据接口和煤质辨识系统相连；检测方法为：通过实时测量煤的自然γ辐射特征并根据煤质和自然γ辐射特征样本库，辨识入炉煤种及其组分，计算煤质参数；其虽然可以实现煤种及组分在线检测，根据组分加权平均计算被测燃煤的混合发热量、挥发分、灰分和水分，无法直接实现煤质在线全元素分析,准确度不高，误差较大以及适用场合受限,。
总体来说，现有的一些煤炭检测系统,多存在适用场合受限,无法实时在线应用,检测速度慢,采样制样及检测效率低,无法实现全元素分析,人为因素较多, 自动化程度较低,结果准确率较低,劳动强度大,放射源污染较为严重,以及维护成本较高等问题；为此，需要一种激光在线煤质检测分析系统，解决现有技术中所存在的上述问题，使其使用场合广泛，能够实时在线应用，检测速度快，采样制样及检测效率高，能够实现全元素分析，人为因素少，自动化程度高，结果准确率高，劳动强度小，无放射源污染，维护成本低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光在线煤质检测分析系统，解决现有技术中所存在的适用场合受限,无法实时在线应用,检测速度慢,采样制样及检测效率低,无法实现全元素分析,人为因素较多, 自动化程度较低,结果准确率较低,劳动强度大,放射源污染较为严重,以及维护成本较高等问题；使其使用场合广泛，能够实时在线应用，检测速度快，采样制样及检测效率高，能够实现全元素分析，人为因素少，自动化程度高，结果准确率高，劳动强度小，无放射源污染，维护成本低。
为实现上述目的，本发明提供一种激光在线煤质检测分析系统，包括通过控制电缆及输送皮带、机械手依次连接的煤炭自动取样装置、煤炭连续压片制样装置和煤炭激光检测分析装置；煤炭自动取样装置按连接顺序依次包括第二缩分机、第二破碎机和干风装置、输送皮带，由第二缩分机与燃煤电厂输煤皮带的自动采制样机的第一破碎机和第一缩分机的弃样落煤管相连。输送皮带将煤炭自动取样装置与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓相连接；煤炭连续压片制样装置包括压片制样盘，压片制样盘的上部设有液压头、装填口；压片制样盘上设有煤粉样给料工位和填装工位，压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位，压片制样盘上设有负压抽吸部件；煤炭激光检测分析装置包括三维点位数控平台，三维点位数控平台上连接设有行走装置,三维点位数控平台的上部设有光学聚焦元件、脉冲激光器和激光检测分析仪。
在以上方案中优选的是,输煤皮带机依次与第一破碎机、第一缩分机、第二缩分机、第二破碎机和干风装置和输送皮带相连接。
在以上任一方案中优选的是,第一缩分机还与取样桶相连接。
在以上任一方案中优选的是,输送皮带的端部的下方与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓相连接。
在以上任一方案中优选的是,煤粉样仓的下面设有煤粉管道，煤粉管道分为两个分支煤粉管道,两个分支煤粉管道上分别设有给料阀和弃料阀。
在以上任一方案中优选的是,压片制样盘上部设有液压头、装填口和煤粉样仓。
在以上任一方案中优选的是,压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位。
在以上任一方案中优选的是,压片制样盘上设有负压抽吸部件。
在以上任一方案中优选的是,三维点位数控平台配置设有机械手。
在以上任一方案中优选的是,煤炭自动取样装置的输送皮带设置在煤粉样仓的上方位置处。
在以上任一方案中优选的是,输煤皮带机还与弃样提升机相连接。
在以上任一方案中优选的是,输送皮带设置为倾斜的结构。
在以上任一方案中优选的是,第一缩分机设有弃样落煤管。
在以上任一方案中优选的是,第二缩分机与第一缩分机的弃样落煤管相连接。
在以上任一方案中优选的是,煤粉样仓的下部设有第一给料阀。
在以上任一方案中优选的是,第一给料阀下面设有第二给料阀。
在以上任一方案中优选的是,第二给料阀下面设有隔板网。
在以上任一方案中优选的是,三维点位数控平台上连接设有抽吸部件。
在以上任一方案中优选的是,脉冲激光器、光学聚焦元件和激光检测分析仪固定设置在支撑架上,垂直向下，光路与样品台呈一定夹角。
在以上任一方案中优选的是,脉冲激光器、光学聚焦元件和激光检测分析仪设置在密封机箱内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种激光在线煤质检测分析系统，其能够解决现有技术中所存在的适用场合受限,无法实时在线应用,检测速度慢,采样制样及检测效率低,无法实现全元素分析,人为因素较多, 自动化程度较低,结果准确率较低,劳动强度大,放射源污染较为严重,以及维护成本较高等问题；使其使用场合广泛，能够实时在线应用，检测速度快，采样制样及检测效率高，能够实现全元素分析，人为因素少，自动化程度高，结果准确率高，劳动强度小，无放射源污染，维护成本低。其在煤炭输煤过程中可实现煤炭的自动取样、自动压片制样和自动激光检测分析。能够将煤炭的采、制、化环节紧密的联系在一起，并通过密闭装置进行封装，检测速度快，检测样品量大，能够排除人为因素，从而实现煤质快速在线分析，为来煤快速检验和指导电站锅炉燃烧优化提供必要条件。该系统具备以下特点：基于LIBS技术，将自动取样、连续压片制样及激光在线检测分析各模块功能进行集成，形成适合工业现场应用的煤质在线实时检测分析系统。具有取样地点灵活、可实时在线应用、检测速度快、采样率更高、可实现全元素分析、结果更准确、自动化程度高、避免人为因素、减少劳动强度、无放射源污染、维护成本低等特点。
附图说明
图1为按照本发明的激光在线煤质检测分析系统的一个实施例的主视图。
图中，101为输煤皮带,102为第一破碎机,103为第一缩分机,104为第二分缩机,105为第二破碎机,106为干风装置,107为输送皮带,111为弃样提升机,112为取样桶,201为液压头,202为装填口,203为煤粉样仓,204为第一给料阀,205为第二给料阀,206为隔板网,207为煤粉样给料工位,208为填装工位,209为顶出工位,210为负压抽吸部件,211为上支架,212为下支架,213为弃料阀，301为三维点位数控平台,302为Y轴行走装置,303为X轴行走装置,304为Z轴行走装置,305为脉冲激光器,306为光学聚焦元件,307为激光检测分析仪,308为密封机箱,309为抽吸部件,310为缓冲垫，311为机械手。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作了详细说明。但是，显然可对本发明进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本发明更宽的精神和范围。因此，以下实施例具有例示性的而没有限制的含义。
实施例:
一种激光在线煤质检测分析系统，包括通过控制电缆及输送皮带107、机械手311依次连接的煤炭自动取样装置、煤炭连续压片制样装置和煤炭激光检测分析装置；煤炭自动取样装置按连接顺序依次包括第二缩分机104、第二破碎机105和干风装置106、输送皮带107，由第二缩分机104与燃煤电厂输煤皮带101的自动采制样机的第一破碎机102和第一缩分机103的弃样落煤管相连。输送皮带107将煤炭自动取样装置与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓203相连接；煤炭连续压片制样装置包括压片制样盘，压片制样盘的上部设有液压头201、装填口202；压片制样盘上设有煤粉样给料工位207和填装工位208，压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位209，压片制样盘上设有负压抽吸部件210；煤炭激光检测分析装置包括三维点位数控平台301，三维点位数控平台上连接设有行走装置,三维点位数控平台301的上部设有光学聚焦元件306、脉冲激光器305和激光检测分析仪307。
在上述实施例中还可以是,输煤皮带机101依次与第一破碎机102、第一缩分机103、第二缩分机104、第二破碎机105和干风装置106和输送皮带107相连接。
在上述实施例中还可以是,第一缩分机103还与取样桶112相连接。
在上述实施例中还可以是,输送皮带107的端部的下方与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓203相连接。
在上述实施例中还可以是,煤粉样仓203的下面设有煤粉管道，煤粉管道分为两个分支煤粉管道,两个分支煤粉管道上分别设有给料阀和弃料阀213。
在上述实施例中还可以是,压片制样盘上部设有液压头201、装填口202和煤粉样仓203。
在上述实施例中还可以是,压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位209。
在上述实施例中还可以是,压片制样盘上设有负压抽吸部件210。
在上述实施例中还可以是,三维点位数控平台301配置设有机械手311。
在上述实施例中还可以是,煤炭自动取样装置的输送皮带107设置在煤粉样仓203的上方位置处。
在上述实施例中还可以是,输煤皮带机101还与弃样提升机111相连接。
在上述实施例中还可以是,输送皮带107设置为倾斜的结构。
在上述实施例中还可以是,第一缩分机103设有弃样落煤管。
在上述实施例中还可以是,第二缩分机104与第一缩分机103的弃样落煤管相连接。
在上述实施例中还可以是,煤粉样仓203的下部设有第一给料阀204。
在上述实施例中还可以是,第一给料阀204下面设有第二给料阀205。
在上述实施例中还可以是,第二给料阀205下面设有隔板网206。
在上述实施例中还可以是,三维点位数控平台301上连接设有抽吸部件309。
在上述实施例中还可以是,脉冲激光器305、光学聚焦元件306和激光检测分析仪307固定设置在支撑架上,垂直向下，光路与样品台呈一定夹角。
在上述实施例中还可以是,脉冲激光器305、光学聚焦元件306和激光检测分析仪307设置在密封机箱308内。
本发明的激光在线煤质检测分析系统，还可以是,输送皮带107设置为倾斜的结构。行走装置包括X轴行走装置303、Y轴行走装置302和Z轴行走装置304。煤炭自动取样装置的输送皮带107设置在煤粉样仓203的上方位置处。弃样提升机111连接设有弃样处理组件。弃样提升机111的底部设有底座。底座的纵向截面设为梯形或矩形或半圆形。煤粉样仓203上部的截面设为倒圆锥形。隔板网206设为圆形网状结构。圆盘设计工位为八个或十个。液压头201、装填口202和煤粉样仓203设置在上支架211上。压片制样盘设置在下支架212上。上支架211安装在下支架212上。上支架211包括上支架板和上支腿。下支架212包括下支架板和下支腿。上支腿与下支架板相连接。上支架板和下支架板均设为矩形或圆形。上支腿和下支腿的数量均为四个。上支腿和下支腿分别设置在矩形的上支架板和矩形的下支架板的四个角位置处。装填口202设为铝碗装填口。填装工位208设为铝碗填装工位。密封机箱308设置在支撑架上。支撑架、三维点位数控平台301、行走装置和机械手311均设置在底座上。底座的下面设置有缓冲垫310。支撑架包括支撑板和设置在支撑板下方的支撑柱。支撑板设为矩形。支撑柱的数量为四个。两个支撑柱分别设置在矩形的支撑板的下部的四角位置处。光学聚焦元件306采用透镜或透镜组。密封机箱308设为方形的箱体。底座采用矩形的板体。三维点位数控平台301上设有样品放置台。样品放置台上设有样品放置槽。样品放置槽的截面设为圆弧形。样品放置台设为长方体结构。
本发明的激光在线煤质检测分析系统，其自动取样装置设计成负压煤粉取样，能够取自现场三处煤样，一是与现场入厂煤全自动制样机末端连接，取全自制样机制成的0.2毫米煤样；二是与现场入炉煤采样装置连接，取自入炉煤采样装置破碎后的3-6毫米煤样，然后再经研磨成0.2毫米煤样；三是在磨煤机出口一次煤粉管取样，利用负压取出进入炉膛的煤粉样，采用等速取样部件，保证所取煤粉样的代表性。煤粉在煤粉样给料工位207被填装在铝制容器中，之后设置刮平工位、压片工位，煤片取出工位。压片装置的设计压力为30T，
能够达到压片时保压30秒、不小于20 T、不平度0.2毫米的要求，同时提高设备效率。压后煤片（含铝壳）直径为38mm，厚度约为13.7mm，每个煤片所需煤粉不超过5克。煤片样将通过机械手311进行传递到下一装置进行激光检测。连续压片机制样装置设置负压抽吸部件210，将溢出煤粉及时收集，防止对工作环境的污染。机械手311将煤片样送至三维点位数控平台301，煤片样表面朝向正上方，方便机械手放置煤样。三维点位数控平台在控制系统控制下能够在X、Y、Z三个轴向上运动，前后移动范围约150mm，上下移动范围约10mm，实现激光光学系统的自动对焦，变换激光打点的点位，确保各点位2毫米的间距。脉冲激光器305发出强激光脉冲，经过光学聚焦元件306聚焦在煤片样表面，煤片表面颗粒被激发出等离子体并迅速衰减，在衰减过程中辐射出特定频率的光子，产生特征谱线，光谱采集光学组件采集这些特征谱线送至光谱仪进行分析，分析元素种类和浓度信息，经过特定煤质分析算法给出煤炭中灰分、热值、挥发分，水份及C，H，S等元素含量，分析出的数据传输到显示或用户所制定的控制系统中，激光分析装置带有操作软件、分析软件、煤炭分析数据库及数学模型，能够快速分析煤质指标，可以自动生成并打印分析结果报告。一个煤片样检测时间1.5分钟左右。激光检测分析装置安装在相对密闭的密封机箱308内，煤片样表面设置负压抽吸部件210，将激发出的微尘颗粒迅速抽走，减少粉尘对镜头的污染。检测后的煤片样经由机械手311取走遗弃。激光检测分析装置底部加装防震缓冲垫310，防止震动对测量精度的影响。协调控制系统由计算机、PLC控制器、步进电机、电磁阀、位置编码器和低压电器等部件组成，控制取样装置、连续压片制样装置、激光检测分析装置按一定时间节拍进行工作，有序衔接，实现整个检测系统的功能。
本发明的激光在线煤质检测分析系统，整个系统采用计算机和PLC全自动控制，无需人工操作，避免人为因素、减少劳动强度，检测速度快，从取样到检测给出结果仅需3分钟，连续检测每分钟出一个检测结果，因此可实现在线实时检测，采样率更高。采用防水防尘防爆防震设计，降低环境对测量精度的影响。激光器寿命长达5000万次，更换周期最短6个月，成本3000-4000元，维护成本低。而γ中子活化煤质分析技术，2.5年需要更换一次中子管，更换费用30-40万元，维护成本高。采用激光测量技术，能够全面封装，无放射源污染。LIBS（激光诱导击穿光谱）对煤质进行分析的算法可实现全元素分析、结果更准确。
Claims (10)
1.一种激光在线煤质检测分析系统，包括通过控制电缆及输送皮带(107)、机械手(311)依次连接的煤炭自动取样装置、煤炭连续压片制样装置和煤炭激光检测分析装置；其特征在于:煤炭自动取样装置按连接顺序依次包括第二缩分机（104）、第二破碎机（105）和干风装置（106）、输送皮带（107），由第二缩分机（104）与燃煤电厂输煤皮带（101）的自动采制样机的第一破碎机（102）和第一缩分机（103）的弃样落煤管相连，. 输送皮带（107）将煤炭自动取样装置与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓（203）相连接；煤炭连续压片制样装置包括压片制样盘，压片制样盘的上部设有液压头（201）、装填口(202)；压片制样盘上设有煤粉样给料工位（207）和填装工位（208），压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位（209），压片制样盘上设有负压抽吸部件（210）；煤炭激光检测分析装置包括三维点位数控平台（301），三维点位数控平台上连接设有行走装置,三维点位数控平台（301）的上部设有光学聚焦元件（306）、脉冲激光器（305）和激光检测分析仪（307）。
2.如权利要求1所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:输煤皮带机（101）依次与第一破碎机（102）、第一缩分机（103）、第二缩分机（104）、第二破碎机（105）和干风装置（106）和输送皮带（107）相连接。
3.如权利要求2所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:第一缩分机（103）还与取样桶（112）相连接。
4.如权利要求3所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:输送皮带（107）的端部的下方与煤炭连续压片制样装置的煤粉样仓（203）相连接。
5.如权利要求4所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:煤粉样仓（203）的下面设有煤粉管道，煤粉管道分为两个分支煤粉管道,两个分支煤粉管道上分别设有给料阀和弃料阀（213）。
6.如权利要求5所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:压片制样盘上部设有液压头（201）、装填口（202）和煤粉样仓（203）。
7.如权利要求6所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:压片制样盘下面设有煤粉片顶出工位（209）。
8.如权利要求7所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:压片制样盘上设有负压抽吸部件（210）。
9.如权利要求8所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:三维点位数控平台（301）配置设有机械手（311）。
10.如权利要求9所述的激光在线煤质检测分析系统，其特征在于:煤炭自动取样装置的输送皮带（107）设置在煤粉样仓（203）的上方位置处。
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