煤质在线检测装置及方法与流程

本发明涉及煤质检测领域，特别是涉及煤质在线检测装置及煤质在线检测方法。

背景技术：

煤质不稳定已成为影响火电厂燃煤机组安全经济运行的主要症结之一。电厂的煤质分析目前大多采用离线的实验室分析，要经过采样、缩分、制样、化验等环节，这一过程一般需要比较长的时间。锅炉运行人员获得煤质分析报告延迟的时间可能会更长。因此，大量的原煤是在缺乏煤质数据的状况下被燃烧的。而在煤种变化较大的情况下，未及时进行必要的运行调整以及采取相应的措施，极有可能造成严重的后果。此外，当电厂燃煤品质发生变化或波动时，往往因没有快速、有效的煤质测试手段，使得无法及时掌握来煤的情况，不能正确地判定该煤是否适合于锅炉燃用，而盲目燃用造成的危害极大。在煤质的实验室分析中，还存在着一个长期以来未能很好解决的问题，就是取样的代表性问题，尤其是在燃用混煤时。对不具代表性的煤样进行实验室分析，其误差将会很大，给运行人员造成假象，对锅炉的安全经济洁净运行是一个极大的误导。因此，煤质在线检测装置可以快速、实时对煤质进行检测，同时可以对批煤整体质量做出加权平均的准确判断，对火力发电厂具有很重要的意义。

煤质在线分析技术和系统的开发应用，可以实现对煤质的高精度在线检测，为电厂的燃料管理、锅炉的燃烧运行管理提供必要的依据。它不但保证入炉煤的品质，保证制粉系统、燃烧系统的安全正常运行，还能帮助锅炉在最佳的工况下运行，积极改善锅炉燃烧工况，提高锅炉热效率。同时，对于改善锅炉低负荷稳燃特性，优化制粉系统、吹灰器的运行方式，最终降低供电煤耗具有积极的指导意义。因此，在火电企业研究应用先进的煤质在线分析技术和系统势在必行。

目前，能够实现煤质快速检测的方法主要有中子活化分析方法、X射线透射方法、双能伽马射线透射分析方法、激光诱导击穿光谱分析方法以及X荧光光谱分析方法。

现有的背景技术方案及其存在的缺陷

双能伽马射线穿透法

该方法采用放射源Am241(60keV)和Cs137(662keV)两种能量γ射线透射煤层，并自动修正煤的厚度信息，通过标定拟合公式与探测器得到的穿透信息，计算出煤灰分。

缺陷：因为放射源的能量大，辐射安全性差；随着国家越来越重视安全问题，近年来国家放射源更加严格的审核和控制，对放射源的使用须进行严格管理，因此产生成本增加；同样，很多应用企业缺乏对放射源的管理知识和资格认证，反过来也限制了该方法的应用；使用该方法，煤中铁含量的变化对测得结果影响较大；同时该方法只能测量煤中灰分含量的信息，对电厂运行人员的指导作用不强。

中子活化分析法

国内外均有使用该方法的煤质检测设备，如美国Thermo Fisher公司的Gamma-Metrics ECA、澳大利亚Scantech公司的COALSCAN9500X和国内东方测控的DF-5703(A)煤质检测等。该方法是利用中子发生器或中子源发射的中子激发被测煤样中各元素的原子核，测定这些激发态的原子核跃迁时发出的γ射线能谱，得到各元素的含量，通过各种模型计算出煤质情况。

缺陷：同样存在双能射线穿透法一样的辐射安全问题；中子活化型仪器价格昂贵且技术复杂；中子管和中子源的寿命在1-2年，更换中子管和中子源都需要办理环保许可证，增加了维护成本；同时皮带上煤层厚度以及密度的变化都会影响该类设备的检测精度。

X射线透射法

1.专利申请号CN201110276447.8：一种透射式X射线煤炭检测系统

2.专利申请号CN201110162779.3：一种X射线灰分测量装置及方法

缺陷：该方法只能测量煤中灰分含量指标，对电厂锅炉的运行指导缺乏更全面的指导信息；皮带上煤层厚度以及密度的变化都会影响该类设备的检测精度。

(4)激光诱导击穿光谱法

目前基于该技术的在线分析设备只有以色列LDS公司的MAYA，该技术利用高能量脉冲激光激发被测煤样中的元素，激发后的元素会放射出特征光谱，通过光谱仪检测这些特征光谱，根据这些特征光谱分析出煤中存在的元素和含量，最后通过各种模型计算出煤的工业指标。

缺陷：测量的面积非常小，小到只有几百微米大小的点，因而代表性很差；此类仪器要求分析表面平整，分析面与仪器的之间的距离保持固定不变，而这种要求在现场环境中是难以满足的，这就造成这类仪器的测量误差非常大；而且在线分析的环境非常恶劣，基于该技术的仪器属于光学仪器，在现场恶劣的环境下工作需要频繁的对仪器进行维护，使得维护成本居高不下；该技术无法检测煤中硫元素的含量。

所以，现有检测方法还是存在辐射强，检测不准确的问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供煤质在线检测装置及方法，以解决扩大煤质的采样范围，加快检测的速度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤质在线检测装置，其包括：在煤质样品传输路线上依次设置的采样机构、制粉机构、压片机构和X射线荧光分析机构；其中，所述采样机构包括：一个以上的采样部件；所述制粉机构，用于将所述采样部件采集的煤质样品制成粉状样品；所述压片机构，用于将送入的粉状样品压制成样品片；所述X射线荧光分析机构，用于对样品片进行X射线荧光分析，得到分析结果。

在一些实施例中，优选为，在所述制粉机构和所述压片机构之间设置旋风分离器，以分离自所述制粉机构送入的空气和粉状样品。

在一些实施例中，优选为，所述煤质在线检测装置的壳体内还设置恒温调控机构。

在一些实施例中，优选为，所述X射线荧光分析机构包括：X射线荧光分析单元、样品盒和制气单元；所述X射线荧光分析单元的X射线荧光出口朝向所述样品盒；所述制气单元，用于在所述样品盒内装载样品片后，X射线荧光分析单元发射X射线之前，对X射线荧光分析单元和样品盒抽真空或填充氦气。

在一些实施例中，优选为，所述煤质在线检测装置还包括：机械手，用于将所述压片机构压制的样品片转移到所述样品盒内，还用于从所述样品盒移走已检测的样品片。

在一些实施例中，优选为，所述采样部件包括采样管，所有所述采样管分别伸入到待检测煤堆的不同位置。

在一些实施例中，优选为，所述采样部件还包括：采样窗口，用于放置手工采集的煤质样品。

在一些实施例中，优选为，所述压片机构还配有累积仓，所述累积仓处于压片机构粉状样品入口的样品输送前方，将定量粉状样品输出到所述压片机构粉状样品入口供压片。

在一些实施例中，优选为，所述的煤质在线检测装置还包括：控制机构，所述控制机构分别与所述采样机构、所述制粉机构、所述压片机构、所述X射线荧光分析机构相连；所述控制机构与所述采样机构相连，以开启或关闭所述采样机构；

所述累积仓内设置传感器，所述传感器与所述控制机构连接，用于感应所述累积仓内的粉状样品是否达到预设量，并将感应结果发送给所述控制机构。

所述累积仓内设置传感器，所述传感器与所述控制机构连接，用于感应所述累积仓内的粉状样品是否达到预设量，并将感应结果发送给所述控制机构。

本发明还提供了一种煤质在线检测方法，其包括：

采样步骤，采样机构的各采样部件分别采集待检测煤堆不同位置的煤质样品；

制粉步骤，制粉机构对由所述采样机构采集的所述煤质样品制成粉状样品；

压片步骤，压片机构对经过制粉机构制成的粉状样品进行压片，得到样品片；

检测分析步骤，X射线荧光分析机构对样品片进行X射线检测分析，得到分析结果。

在一些实施例中，优选为，

所述压片步骤包括：

对制成的粉状样品进行存储；

当存储到预设量时，进行压片，并发出停止所述采样步骤的信号；

待所述样品片被移入所述X射线荧光分析机构后，发出开启所述采样步骤的信号；

所述采样步骤根据停止所述采样步骤的信号或开启所述采样步骤的信号进行动作。

(三)有益效果

本发明提供的技术，在煤质样品传输路线上采样机构、制粉机构、压片机构和X射线荧光分析机构依次设置，构成连续、循环运行的检测通路，减少采样到检测分析的处理时间，快速获得分析结果。更具体的，一个以上的采样部件采集待检测煤堆中的样品，采样范围明显扩大。随后通过制粉机构的制粉，将样品均一化，利于后续压片、检测分析统一化操作。压片机构压制统一形状的样品片更利于后续X射线荧光分析，X射线荧光分析方法的辐射强度相对其他检测方法来说也明显降低。

附图说明

图1为本发明一个实施例中煤质在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例中煤质在线检测装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中煤质在线检测方法的步骤示意图；

图4为本发明另一个实施例中煤质在线检测方法的步骤示意图。

图中，1第一采样部件；2第二采样部件；3采样窗口；4壳体；5恒温调控机构；6制粉机构；7旋风分离器；8气体出口；9机械手；10样品盒；11样品片；12X射线荧光分析单元；13传感器；14累积仓；16压片机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“第一”“第二”并不代表顺序，仅用于对相关部件进行区分，便于描述。“上”“下”均基于附图中的物体放置方式所做的位置描述。“前方”“后方”均以样品的流动方向为参照，上游的位置为前方，下游的位置为后方。

为了提高煤质检测的效率和检测准确性，本技术给出了煤质在线检测装置和检测方法。

接下来，将通过基础设计、扩展设计和替换设计对本技术进行详细描述：

一种煤质在线检测装置，如图1、2所示，其包括：在煤质样品传输路线上依次设置的采样机构、制粉机构6、压片机构16和X射线荧光分析机构，各机构依次分布，煤质样品在上一个机构中经过相应处理后，顺利进入下一个机构进行处理或检测，从煤质样品的传输来说，结构更紧凑，传输更稳定和高效，X射线荧光分析机构通过检测分析，快速获得检测结果。基本解决现有煤质检测方法的各种弊端和非及时性。检测煤中的元素成分、灰分、热值、结渣因素、硫元素等指标。解决了传统方法带来的结果滞后性，又能够为电厂锅炉燃烧运行指导、煤场配煤指导提供及时全面的信息。

具体来说，采样机构主要由一个以上的采样部件组成，为了尽可能扩大采样范围，建议各采样部件分别采集不同位置的煤质样品。尤其混合煤更适用该采样方式。

同时，为了扩大采样范围，在一些实施例中优选设置2个或更多个采样部件，以采集待检测煤堆中的煤质样品。某些情况下可以控制不同采样部件向制粉机构6的采样输送，比如：第一个检测循环(从采样到检测分析的完整步骤)由第一采样部件1供煤质样品，第二个检测循环由第二采样部件2供煤质样品。这种方式，不进能够快速、高效的检测分析，而且可以确定不同位置煤质的优劣。当然，另外一些情况下，也可以采用多个采样部件混合送样。在实际操作中，本领域技术人员可以根据需要对采样和供样方式进行灵活控制。无论采用哪种采用、供样方式，只要采用了本套在线检测装置中采样思路都归于保护范围之内。

制粉机构6，用于将采样部件采集的煤质样品制成粉状样品；由采样部件采集的煤质样品呈大小不一的颗粒，为了达到统一化、规范为的检测，采样部件在不破坏煤质内部结构的情况下，将其外在形状、大小进行统一化处理，将所有颗粒，无论大小，均处理成粉末，粉末粒径控制在0.2mm左右。

需要说明的是，颗粒粉化的装置较多，在选择时，建议选择粉化速度快，粉化效果佳的对应装置，这样，均一化效果更好，利于后续检测分析，而且能缩短整个循环(采样至检测分析为一个完整循环)的用时，提高效率，利于循环的顺利进行。

压片机构16，该机构是为了后续检测准备统一样品送入X射线荧光分析机构，送入检测的样品密度一致，表面更加凭证，大大提高测量的重复性。在本实施例中统一检测样品采用片状，因此，压片机构16用于将送入的粉状样品压制成样品片11。

需要说明的是，该压片机构16可以理解为检测样品制备机构，可以制备其他形状的检测样品，来替换样品片11。

X射线荧光分析机构，用于对样品片11进行X射线荧光分析，得到分析结果。根据公知常识可知，X射线荧光检测相对其他的检测方式来说，辐射程度明显降低。检测煤中的元素成分、灰分、热值、结渣因素、硫元素等指标。

要说明的是，该X射线荧光分析机构也可以替换为其他能够在线检测样品的其他检测机构。

如图2所示更详细、更优化的煤质在线检测装置：

在上述设计的基础上，具体到采样部件，可以考虑自动化采样和手动采样两种方式，为了加快采样、检测的效率，自动化程度是一种较优的实现方式，所以，采样部件可以设计为采样管，所有采样管分别伸入到待检测煤堆的不同位置。

在另一些情况下，为了对煤堆局部进行检测或重复检测或其他情况下，手工采样更准确，为了配合这种手工采样，将采样部件直接设计为采样窗口3，用来放置手工采集的煤质样品。

在一些实施例中，自动化采样、手动采样可以单独存在于煤质在线检测装置中，也可以作为可选择采样方式共存于煤质在线检测装置中。

为了进一步提高检测的准确性和稳定性，方便煤质样品在各机构中处理时不受环境温度的影响，煤质在线检测装置放置在保温箱子内，其壳体4内设置恒温调控机构5，调控箱子的恒温状态。在一些实施例中，恒温调控机构5可以采用空调。

由于制粉机构6将颗粒制成粉状样品，部分粉状样品会呈现悬浮状态，悬浮于空气中，为了能够将悬浮于空气中的粉状样品顺利、无损失的转移到压片机构16，在制粉机构6和压片机构16之间设置旋风分离器7，以分离自制粉机构6送入的空气和粉状样品。粉状样品从空气中分离出来，分离出来的样品会落入压片机构16，空气和非常少量样品则从旋风分离器7上端的气体出口8排出。

具体到X射线荧光分析机构，其主要由X射线荧光分析单元12、样品盒10和制气单元组成。X射线荧光分析单元12发射X射线，并对样品进行分析，X射线荧光出口朝向样品盒10，样品盒10内装载待检测样品，X射线射向样品。由于检测需要在真空或惰性气体的环境下进行，因此，样品盒10和X射线荧光分析单元12配有制气单元，用于在样品盒10内装载样品片11后，X射线荧光分析单元12发射X射线之前，对X射线荧光分析单元12和样品盒10抽真空或填充氦气(惰性气体的一种)。

为了煤质样品在各机构中顺利输送，各机构之间都设置输送通道。而压片机构16和X射线荧光分析机构之间是通过机械手9实现输送通道功能的。机械手9将压片机构16压制的样品片11转移到样品盒10内，在检测后还用于从样品盒10移走已检测的样品片11。机械手9的灵活操作，能够提高整个循环的顺利进行，而且即使移走已检测的样品，能够方便下一个循环快速进行。

为了提高X射线荧光分析中样品的统一性，需要对压片的粉末样品的量进行检测，因此，压片机构16还配有累积仓14，累积仓14用来接收送入的粉状样品(如果存在旋风分离器7，则该粉状样品为旋风分离器7分离后下落的粉状样品；如果没有旋风分离器7，则该粉状样品为制粉机构6直接送入的粉状样品)。累积仓14处于压片机构16粉状样品入口的样品输送前方，储存到预设量后，将定量粉状样品输出到压片机构16粉状样品入口供压片。

在一些实施例中，累积仓14可以配置传感器13，传感器13可以感应到到达预设量位置的粉状样品。当然，本领域技术人员也可以采用计量或其他的方式来判断是否达到预设量，所有判断预设量的方式和思路都归于保护范围之内。

配合传感器13的使用，而且提高自动化控制，煤质在线检测装置还设置了控制机构，控制机构与传感器13相连，与采样机构、制粉机构6、压片机构16和X射线荧光分析机构等分别相连，尤其与采样机构相连，以开启或关闭采样机构。控制的方式为：当达到预设量后，控制机构接收传感器13的信号，然后控制累积仓14将粉状样品落料到压片机构16供压片，并发送采样机构停止工作的信号；随后接收X射向荧光分析机构的检测分析信号，并根据检测分析信号，启动采样机构，开启新的循环。

对应上述煤质在线检测装置，进行煤质在线检测方法，如图3所示，其具体步骤包括：

步骤110，采样机构的各采样部件分别采集待检测煤堆不同位置的煤质样品；

步骤120，制粉机构对由采样机构采集的煤质样品制成粉状样品；

步骤130，压片机构对经过制粉机构制成的粉状样品进行压片，得到样品片；

步骤140，X射线荧光分析机构对样品片进行X射线检测分析，得到分析结果。

结合自动化控制，检测循环的进行，如图4所示，煤质在线检测方法还可以细化为：

步骤210，开机，

步骤220，采样机构的采样部件分别采集待检测煤堆不同位置的煤质样品；

此处采用混合送样。其他实施例中，可以用单独送样进行替换该步骤。

步骤230，制粉机构对由采样机构采集的煤质样品制成粉状样品；

步骤240，旋风分离机对粉状样品进行粉气分离，分离后的粉状样品落入累积仓；

步骤250，累积仓的传感器对粉状样品进行累计检测，当达到预设量时，传感器向控制机构发送信号；

步骤260，控制机构根据传感器发送的信号，向累积仓发送放料信号，累积仓内的粉状样品落入压片机构供压片；同时向采样机构发出停止工作信号；

步骤270-1，压片机构进行压片，得样品片；

步骤280-1，X射线荧光分析机构对样品片进行检测分析；

步骤290-1，控制机构接收X射线荧光分析机构发送的检测分析信号，并根据该信号，向采样机构发送重新启动信号；

步骤270-2，采样机构根据停止工作信号停止工作；

步骤300，采样机构根据重新启动信号重新启动采样。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。