CN115704755A - 测重式煤质参数在线或离线测量仪及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
测重式煤质参数在线或离线测量仪是由测重装置、煤或煤样输送装置、煤样采样装置或整形装置以及数据采集控制器构成，采用本专利的煤质参数测量方法实现煤质参数：灰分(A)、水分(M)、全炭(FC)、挥发分(V)以及煤发热量(Q)的实时在线测量或离线快速测量，具有操作简便、测量快速、测量准确度高、煤种变化适应性强等特点。可应用于煤炭生产、加工、利用诸多领域的煤质参数测量，可为煤炭生产、加工工艺过程中自动控制以及生产管理提供重要依据、对提高煤炭的产品质量、提高煤炭利用率、减少煤炭消耗量、减少污染物排放、以及提高生产管理水平都有重要意思。
Description
技术领域
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，特别涉及采用测重方法对煤工业分析方法的全部煤质参数进行测量及其测量方法。
背景技术
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。
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：
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。
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。
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。
目前，无论国外和国内尚未见到采用测重式方法实现离线或在线检测出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。
本发明提供一种测重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。
发明内容
本发明解决的主要技术问题有：
1.构建测重式煤质参数在线测量仪或离线测量仪。
2.依据煤的工业分析方法建立煤质参数测量方法以实现煤质参数离线或在线测量。
一种测重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测重装置、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，测重装置(4)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，用于测量输送装置(3)输送的煤或煤样的重量信号W煤i，
煤或煤样输送装置(3)安装在测重装置上面或测重装置中间，用于将煤或煤样输送至测重装置进行煤质参数测量；
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)信号和测重装置(4)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)
或所述离线测量仪其特点是包括：
测重装置(4)，安装在仪器外壳(7)内平台(7-1)上，用于测量称装煤样器皿内煤样重量W煤i，
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测重装置(4)上，进行测量。
数据采集控制器(5)，用于接收采集装置(2)信号、测重装置(4)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)。
测重式煤质参数在线测量仪构成如图1所示；
测重式煤质参数离线测量仪构成如图2所示；
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。
所述煤质参数离线测量仪的测重装置其特点是高准确度的电子秤，或是电子天平，或是高准确度的测重仪。所述煤质参数在线测量仪的测重装置其特点是电子皮带秤，或是X光秤，或是光波皮带秤或是激光皮带秤；
图3给出在线测量连续采样测重式煤质参数在线测量仪构成示意图；
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；
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；
图6给出电子皮带秤测重的煤质参数在线测量仪示意图；
图7给出X光秤测重的风送煤粉煤质参数在线测量仪示意图。
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而建立的：
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、WFC、WV与煤的重量W煤之比的质量百分数即：
并且A(％)+M(％)+FC(％)+V(％)＝100％
W煤＝WA+WM+WFC+WV
GB/T212-2008煤的工业分析方法给出离线测量方法，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，本专利采用测重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。
依据工业分析方法建立的煤质参数测量方法，其特点是包括如下步骤：
1)在线测量方法：
步骤1，采样
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；
步骤1.2，采样器对测重装置测量后的煤样进行随机采样；
步骤2，制样
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；
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；
步骤3.1，测重装置实时检测煤样重量信号W煤i；
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
式中n——在t时间测量次数，
Δt-采集信号时间；
步骤3.2，在测重装置测量的同时，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；
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：
WA1＝W煤1*A1，WM1＝W煤1*M1，WFC1＝W煤1*FC1，
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；
表1
步骤3.5，线性拟合
对A列与F列数据进行线性拟合得WAi＝αA+bA*W煤i————(1)
对A列与G列数据进行线性拟合得WMi＝αM+bM*W煤i————(2)
对A列与H列数据进行线性拟合得WFCi＝αFC+bFC*W煤i————(3)
对I列与E列数据进行线性拟合得Qi＝αQ+bQ*FCi——————(4)
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。
步骤4，测量
步骤4.1，测重装置实时测量出煤样的重量W煤i；
步骤4.2，根据W煤i及公式(1)计算出WAi，
根据W煤i及WAi计算出A测i，
根据W煤i及公式(2)计算出WMi，
根据W煤i及WMi计算出
根据W煤i及公式(3)计算出WFCi，
根据W煤i及WFCi计算出
根据A测i、M测i、FC测i计算出
V测i＝[1-(A测i+M测i+FC测i)]
根据FC测i及公式(4)计算出Q测i＝αQ+bQ*FC测i；
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：
步骤1，采样
采样器对测量点处的煤进行随机采样；
步骤2，制样
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；
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；
步骤3.1，将试验煤样装入煤样器皿内，并装满刮平；
步骤3.2，将称有试验煤样的器皿放置在测重装置(4)上，测量得煤样重量W煤i；
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；
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；
表2
步骤3.5，线性拟合
对A列与F列数据进行线性拟合得WAi＝αA+bA*W煤i————(5)
对A列与G列数据进行线性拟合得WMi＝αM+bM*W煤i————(6)
对A列与H列数据进行线性拟合得WFCi＝αFC+bFC*W煤i————(7)
对I列与E列数据进行线性拟合得Qi＝αQ+bQ*FCi——————(8)
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。
步骤4，测量
步骤4.1，测重装置测量出称装试验煤样器皿内煤样的重量W煤i；
步骤4.2，根据W煤i及公式(5)计算出灰分重量WAi，以及
根据W煤i及公式(6)计算出水份重量WMi，以及
根据W煤i及公式(7)计算出全炭重量WFCi，以及
根据A测i、M测i、FC测i、计算出V测i
V测i＝[1-(A测i+M测i+FC测i)]
根据FC测i及公式(8)计算Q测i
Q测i＝αQ+bQFC测i。
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
图1测重式煤质参数在线测量仪构成示意图
1——测量点(煤采样点)
2——煤样采集装置或整形装置
2-1采集器
2-2破碎机
2-3料管或料斗
3——煤或煤样输送装置
4——测重装置
5——数据采集控制器
6——煤或煤样
图2测重式煤质参数离线测量仪构成示意图
1——测量点(煤采样点)
2——采样装置
2-1采样器
2-4称装煤样器皿
4——测重装置
5——数据采集控制器
7——仪器柜架
7-1平台
图3连续采样测重式煤质参数在线测量仪构成示意图
1——测量点(采样点)
2——煤样采集装置
2-1螺旋输送机即采样器
2-2破碎机
3——煤或煤样输送装置
3-1测量管
3-2螺旋输送机
4——测重装置选用X光秤
4-1 X射线源
4-2 X射线探测器
5——数据采集控制器
图4随机采样测重式煤质参数离线测量仪示意图
1——测量点(采样点)
2——煤样采集装置
2-1采样器
2-4称装煤样器皿
4——测重装置选用高准确度电子秤
5——数据采集控制器
7——仪器框架
图5安装在生产线上X光秤测重煤质参数在线测量仪示意图
10——被测煤流
2——整形装置
2-11整形料斗
2-12测厚装置选用角位移测厚仪
3——生产线上皮带输送机
4——测重装置选用X光秤
4-1 X射线源
4-2 X射线探测器
4-3框架
5——数据采集控制器
图6安装在生产线上电子皮带秤测重煤质参数在线测量仪示意图
10——被测煤流
2——整形装置
2-11整形料斗
2-12测厚装置选用激光测厚仪
4——测重装置选用电子皮带秤
4-5托辊
4-6桥架
4-7称重传感器
图7 X光秤测重风送管道煤粉煤质参数在线测量仪示意图
20——给煤机；
21——一次风风机；
22——磨煤机；
23——总风送管道；
23-A风送管道支路管道；
23-B风送管道支路管道；
24——煤粉煤样采集器
25——X光秤
25-1 X光源
25-2 X光探测器
26——数据采集控制器
具体实施方式
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，测重装置进行连续测量；二是生产输送煤通过整形装置，测重装置直接对输送煤进行测量。
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；
图5给出采用整形装置(2)对输送煤进行整形后采用X光秤测重的煤质参数在线测量仪构成示意图；
图6给出采用整形装置(2)对生产线输送煤整形后采用电子皮带秤测重的煤质参数在线测量仪示意图；
图7给出采用X光秤测重的风送煤粉煤质参数在线测量仪示意图。
在线测量仪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；
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、采用X光秤连续测量的煤质参数在线测量仪构成示意图。
煤质参数离线测量仪的采样装置(2，)，其采样器(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(2-4)内并将其放置在测重装置(4)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。
煤质参数在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：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，或是风力输送机；
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。
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。
图6给出采用电子皮带秤测重煤质参数在线测量仪示意图。
图7是采用X光秤测重的风送管道煤粉煤质参数在线测量仪示意图。
图3、图4、图5、图6、图7是本专利推荐的在不同场地采用不同测重装置的实施方案。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及应用场地可做出多种形式实施方案或变形，也属于本专利保护范围。
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。
Claims (7)
1.一种测重式煤质参数在线或离线测量仪，所述在线测量仪其特点是包括：
测重装置(4)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，用于测量输送装置(3)输送的煤或煤样的煤质参数信号W煤i，
煤或煤样输送装置(3)安装在测重装置之间或之上。用于将煤或煤样输送至测重装置进行煤质参数测量；
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，输送的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)信号和测重装置(4)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)；
或所述离线测量仪，其特点是包括：
测重装置(4)，安装在仪器外壳(7)内的平台(7-1)上，用于测量煤样的煤质参数重量信号W煤i；
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，并将器皿送至测重装置(4)上进行测量；
数据采集控制器(5)，用于接收采集装置(2)信号、测重装置(4)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)。
2.根据权利要求1，所述测重式煤质参数在线测量仪，所述在线测量仪的测重装置(4)其特点是电子皮带秤，或是光波秤或是激光秤，或是X光秤。
3.根据权利要求1，所述测重式煤质参数在线或离线测量仪，所述离线测量仪的测重装置(4)其特点是高准度电子秤，或是电子天平，或是高准确计重仪。
4.根据权利要求1，所述测重式煤质参数在线或离线测量仪，所述在线测量仪的煤或煤样输送装置(3)其特点是皮带输送机，或是螺旋输送机，或是测量管及螺旋输送机，或是风力输送机。
5.根据权利要求1，所述测重式煤质参数在线或离线测量仪，所述在线测量仪的采样装置或整形装置(2)，其特点是采样装置包括采样器、破碎机、料管或料斗，或整形装置包括整形料斗，压实测厚装置。
6.根据权利要求1，所述辐射式煤质参数在线或离线测量仪，所述离线测量仪的采集装置，其特点是该采集装置包括采样器(2-1)和称装煤样器皿(2-4)。
7.根据权利要求1，所述测重式煤质参数在线或离线测量仪，所述煤质参数测量方法其特点包括：
1)在线测量方法，有如下步骤：
步骤1，采样
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；
步骤1.2，采样器对测重装置测量后的煤样进行随机采样；
步骤2，制样
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；
步骤3，标定，以GB/T212-2008煤的分析方法测量出的A、M、V作为标准值进行标定；
步骤3.1，测重装置实时检测煤样重量信号W煤i：
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
式中n——在t时间测量次数，
Δt-采集信号时间；
步骤3.2，在测重装置测量的同时，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；
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：
WA1＝W煤1*A1，WM1＝W煤1*M1，WFC1＝W煤1*FC1，
步骤3.4，重复步骤3.1、步骤3.2、步骤3.3 n次，得到n组数据如表1；
表1
步骤3.5，线性拟合
对A列与F列数据进行线性拟合得WAi＝αA+bA*W煤i————(1)
对A列与G列数据进行线性拟合得WMi＝αM+bM*W煤i————(2)
对A列与H列数据进行线性拟合得WFCi＝αFC+bFC*W煤i————(3)
对I列与E列数据进行线性拟合得Qi＝αQ+bQ*FCi——————(4)
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；
步骤4，测量
步骤4.1，测重装置实时测量出煤样的重量W煤i；
步骤4.2，根据W煤i及公式(1)计算出WAi，
根据W煤i及WAi计算出A测i，
根据W煤i及公式(2)计算出WMi，
根据W煤i及WMi计算出
根据W煤i及公式(3)计算出WFCi，
根据W煤i及WFCi计算出
根据A测i、M测i、FC测i计算出
V测i＝[1-(A测i+M测i+FC测i)]
根据FC测i及公式(4)计算出Q测i＝αQ+bQ*FC测i；
2)煤质参数离线测量方法，其特点包括如下步骤：
步骤1，采样
采样器对测量点处的煤进行随机采样；
步骤2，制样
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；
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；
步骤3.1，将试验煤样装入煤样器皿内装满刮平；
步骤3.2，将称有试验煤样的器皿放置在测重装置(4)上，测量得煤样重量W煤i；
步骤3.3，对器皿称装的试验煤样按GB/T 212-2008规定要求，测量出煤样的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；
步骤3.4，重复步骤3.1、步骤3.2、步骤3.3 n次，得到n组数据如表2；
表2
步骤3.5，线性拟合
对A列与F列数据进行线性拟合得WAi＝αA+bA*W煤i————(5)
对A列与G列数据进行线性拟合得WMi＝αM+bM*W煤i————(6)
对A列与H列数据进行线性拟合得WFCi＝αFC+bFC*W煤i————(7)
对I列与E列数据进行线性拟合得Qi＝αQ+bQ*FCi——————(8)
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；
步骤4，测量
步骤4.1，测重装置测量出称装试验煤样器皿内煤样的重量W煤i；
步骤4.2，根据W煤i及公式(5)计算出灰分重量WAi，以及
根据W煤i及公式(6)计算出水份重量WMi，以及
根据W煤i及公式(7)计算出全炭重量WFCi，以及
根据A测i、M测i、FC测i、计算出V测i
V测i＝[1-(A测i+M测i+FC测i)]
根据FC测i及公式(8)计算Q测i
Q测i＝αQ+bQFC测i。
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