一种微波加热式煤质多指标自动化检测装置及方法

本申请属于检测装置领域，更具体地，涉及一种微波加热式煤质多指标自动化检测装置及方法。

背景技术：

1、随着工业化进程的加速，煤炭作为主要能源之一，其重量直接影响着生产效率和产品重量。快速高效地评估煤炭重量可以及时发现煤质变化，指导生产过程，提高工业生产效率，降低生产成本，同时确保能源供应稳定。传统的煤质检测方法耗时耗力，无法满足快速反应的需求。近年来新兴了诸多煤质快速分析方法，如x射线荧光光谱法、激光诱导击穿光谱法、近红外光谱法、中子活化法等，虽然大幅缩短了检测时间，但均需要大量的样本和标准数据进行训练定标。因此，这些方法的测量精度严重依赖于样本被标注数据的准确度，并且对于样本库所涵盖煤种或地域以外煤样的测量误差也较大。

2、随着微波技术的不断发展，微波加热在煤质分析领域逐渐受到关注。微波加热具有升温速度快、无需标准样本建模、不受煤种限制、操作简便、能耗低等优点，被视为一种潜在的煤质快速检测方法。然而，现有的工业微波加热装置大多仅限于对煤炭水分、灰分等个别指标的测量，且需人工进行手动操作，无法实现对煤质多指标的综合自动检测。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷或改进需求，本申请提供了一种微波加热式煤质多指标自动化检测装置及方法，旨在解决现有的煤质快速分析方法需要大量的样本和标准数据进行训练定标的问题。

2、按照本申请的一方面，提供了一种微波加热式煤质多指标自动化检测装置，具体包括微波加热单元、称重单元、供氧单元、烟气反应单元、气体分析单元，其中：

3、所述微波加热单元用于利用微波将待测煤样依次加热至干燥温度、挥发温度和灰化温度；

4、所述称重单元与微波加热单元连接，用于实时测量所述待测煤样的重量变化，以获得待测煤样的水分、挥发分、灰分和固定碳的含量；

5、所述供氧单元分别与微波加热单元和烟气反应单元连接，用于在灰化阶段为微波加热单元提供氧气，还用于在挥发分析出阶段为烟气反应单元提供氧气；

6、所述烟气反应单元的一端与微波加热单元连接，另一端与气体分析单元连接，用于对挥发分进行氧化并将烟气送入气体分析单元；

7、所述气体分析单元用于对烟气进行分析，以获得待测煤样的碳含量、氮含量、硫含量和发热量。

8、通过本申请所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本申请通过设置微波加热单元、烟气反应单元并将其与供氧单元连接，能够自动实现煤质多指标的综合自动检测。

9、作为进一步优选的，所述微波加热单元包括加热腔室、磁控管、波导和水冷机，所述加热腔室的内部设置有坩埚，用于承载待测煤样并为待测煤样提供反应空间，所述加热腔室的进气口与供氧单元连接，其出气口通过第一出气阀与大气连通，同时该出气口还通过第二出气阀与烟气反应单元连接；所述磁控管通过波导与加热腔室连接，用于为加热腔室提供微波以对待测煤样进行加热；所述水冷机与磁控管连接，用于对磁控管进行散热。

10、作为进一步优选的，所述称重单元包括称重模块、高温支柱和升降平台，所述称重模块通过高温支柱与坩埚连接，用于实时测量所述待测煤样的重量变化；所述升降平台设置在称重模块的下方，用于带动坩埚上下移动。

11、作为进一步优选的，所述供氧单元包括鼓氧机、第一阀门和第二阀门，所述鼓氧机通过第一阀门与微波加热单元连接，同时该鼓氧机通过第二阀门与烟气反应单元连接。

12、作为进一步优选的，所述气体分析单元包括集气袋和气体检测仪，所述集气袋的一端与烟气反应单元连接，其另一端与气体检测仪连接，用于收集烟气并送入气体检测仪进行检测。

13、作为进一步优选的，所述检测装置还包括冷却单元，所述冷却单元设置在烟气反应单元与气体分析单元之间，用于对烟气进行冷却。

14、作为进一步优选的，所述检测装置还包括除尘单元，所述除尘单元设置在在烟气反应单元与气体分析单元之间，用于对烟气进行除尘。

15、作为进一步优选的，所述检测装置还包括控制单元，所述控制单元与微波加热单元、称重单元、供氧单元、烟气反应单元和气体分析单元连接，用于对各单元进行自动化控制。

16、作为进一步优选的，所述控制单元包括plc和计算机，所述plc与微波加热单元、称重单元、供氧单元、烟气反应单元和气体分析单元连接，用于协调各单元运作并采集信号进行计算；所述计算机与plc连接，用于与plc进行数据交互和计算。

17、按照本申请的另一方面，提供了利用上述微波加热式煤质多指标自动化检测装置进行煤质检测的方法，包括如下步骤：

18、s1将所述待测煤样置于微波加热单元中，并将微波加热单元的温度稳定至干燥温度直至待测煤样的重量稳定，以此获得所述待测煤样的水分含量；

19、s2将所述微波加热单元的温度稳定至挥发温度直至所述待测煤样的重量稳定，以此获得待测煤样的挥发分含量，同时将挥发分送入烟气反应单元，利用供氧单元为烟气反应单元提供氧气以对挥发分进行氧化，并将产生的烟气送入气体分析单元；

20、s3将所述微波加热单元的温度稳定至灰化温度，并利用供氧单元为微波加热单元提供氧气，使得待测煤样灰化直至待测煤样的重量稳定，以此获得所述待测煤样的灰分和固定碳含量，同时将烟气通过烟气反应单元送入气体分析单元中，根据烟气分析结果获得待测煤样的碳含量、氮含量、硫含量和发热量。

21、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

22、1.本申请通过将微波加热单元、称重单元和供氧单元连接，能够自动实现待测煤样水分、挥发分、灰分和固定碳含量的自动测量，同时通过设置烟气反应单元和气体分析单元，并将烟气反应单元与供氧单元连接，能够实现后续碳含量、氮含量、硫含量和发热量的测量，进而在不需要标定的情况下实现煤质多指标自动化检测，具有检测精度高、流程简单、自动化程度高的优势；

23、2.尤其是，本申请通过对微波加热单元和供氧单元的结构进行优化，能够实现氧气的精准控制，便于煤质多指标的综合自动检测；

24、3.同时，本申请通过对称重单元的结构进行优化，在其内部设置升降平台，能够带动坩埚上下移动，保证称重结果的准确性。

技术特征：

1.一种微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，所述检测装置包括微波加热单元、称重单元(4)、供氧单元、烟气反应单元(20)、气体分析单元，其中：

2.如权利要求1所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，所述微波加热单元包括加热腔室(3)、磁控管(6)、波导(5)和水冷机(8)，所述加热腔室(3)的内部设置有坩埚(31)，用于承载待测煤样并为待测煤样提供反应空间，所述加热腔室(3)的进气口与供氧单元连接，其出气口通过第一出气阀(14)与大气连通，同时该出气口还通过第二出气阀(15)与烟气反应单元(20)连接；所述磁控管(6)通过波导(5)与加热腔室(3)连接，用于为加热腔室(3)提供微波以对待测煤样进行加热；所述水冷机(8)与磁控管(6)连接，用于对磁控管(6)进行散热。

3.如权利要求2所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，所述称重单元(4)包括称重模块(41)、高温支柱(42)和升降平台(43)，所述称重模块(41)通过高温支柱(42)与坩埚(31)连接，用于实时测量所述待测煤样的重量变化；所述升降平台(43)设置在称重模块(41)的下方，用于带动坩埚(31)上下移动。

4.如权利要求1所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，所述供氧单元包括鼓氧机(2)、第一阀门(12)和第二阀门(13)，所述鼓氧机(2)通过第一阀门(12)与微波加热单元连接，同时该鼓氧机(2)通过第二阀门(13)与烟气反应单元(20)连接。

5.如权利要求1所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，所述气体分析单元包括集气袋(10)和气体检测仪(11)，所述集气袋(10)的一端与烟气反应单元(20)连接，其另一端与气体检测仪(11)连接，用于收集烟气并送入气体检测仪(11)进行检测。

6.如权利要求1所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，该检测装置还包括冷却单元(7)，所述冷却单元(7)设置在烟气反应单元(20)与气体分析单元之间，用于对烟气进行冷却。

7.如权利要求1所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，该检测装置还包括除尘单元(9)，所述除尘单元(9)设置在在烟气反应单元(20)与气体分析单元之间，用于对烟气进行除尘。

8.如权利要求1所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，该检测装置还包括控制单元，所述控制单元与微波加热单元、称重单元(4)、供氧单元、烟气反应单元(20)和气体分析单元连接，用于对各单元进行自动化控制。

9.如权利要求8所述的微波加热式煤质多指标自动化检测装置，其特征在于，所述控制单元包括plc和计算机(1)，所述plc与微波加热单元、称重单元(4)、供氧单元、烟气反应单元(20)和气体分析单元连接，用于协调各单元运作并采集信号进行计算；所述计算机(1)与plc连接，用于与plc进行数据交互和计算。

10.利用如权利要求1～9任一项所述微波加热式煤质多指标自动化检测装置进行煤质检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本申请属于检测装置领域，具体公开了一种微波加热式煤质多指标自动化检测装置及方法，该检测装置包括微波加热单元、称重单元、供氧单元、烟气反应单元和气体分析单元，其中：微波加热单元用于利用微波对待测煤样加热，称重单元与微波加热单元连接，供氧单元分别与微波加热单元和烟气反应单元连接，烟气反应单元的一端与微波加热单元连接，其另一端与气体分析单元连接；气体分析单元与烟气反应单元连接，用于对烟气进行分析。本申请能够自动实现对待测煤样水分、挥发分、灰分和固定碳含量的自动测量，同时能够实现后续对碳含量、氮含量、硫含量和发热量的测量，具有检测精度高、流程简单、自动化程度高的优势。技术研发人员：张莹,张培华,张雷,赵博洋,徐旭东,马骁,孙倩,朱竹军,尹王保,贾锁堂受保护的技术使用者：山西大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14