煤质灰分智能检测方法与关键技术研究
发布时间：2020-09-30 18:39
煤炭能源被广泛应用于化工、发电、冶金等领域,即使在能源多样化的新形势下仍然发挥着不可替代的作用。煤炭中灰分是影响煤炭燃烧特性的重要指标,通过检测煤质中的灰分含量可以有效的检测煤质的燃烧性能,从而对不同的煤质进行合理的分配和利用。除此之外,在煤炭的燃烧和气化中,根据灰分含量以及其它的诸如熔点、黏度、导电性和化学组成等特性可以预测燃烧和气化中可能出现的腐蚀、玷污、结渣等问题,并据此进行炉型选择和煤炭灰渣利用研究;在炼焦工业中,可用煤炭中的灰分量来预计焦炭中的灰分,灰分含量越高,有效碳的产率就越低；在商业上煤炭灰分含量是煤定级论价的重要指标。因此,煤质灰分检测对煤炭资源的高效、清洁利用具有很重要的作用。双能γ射线煤炭灰分测量技术是利用γ辐射技术与计算机技术实现煤炭灰分的快速、准确检测,可以广泛应用于焦化厂、钢铁厂、电厂等用煤企业。本文依托“国家科技支撑计划课题(2012BAJ24B00)”,采用理论计算和试验分析相结合的方法,对基于双能γ射线的煤质灰分检测技术进行优化改进,主要研究工作如下:(1)探讨了 γ射线和物质之间的作用关系,论述了煤炭的组成成分及煤质可燃物质和不可燃物质(灰分)的含量关系。在此基础上,分析了低能γ射线和中能Y射线作用于煤炭后,通过不同成分产生的质量衰减系数,确认该系数跟煤炭中的高Z元素相关联,可以利用γ射线作用前后的衰减系数计算煤质灰分含量。为后面进一步确定具体的计算关系和模型打下了基础。(2)针对丫射线探测器中的噪声问题,利用经验模态分解方法及小波软阈值去噪方法,提出基于小波经验模态分解(EMD-Wavelet)的γ射线能谱去噪算法。通过试验对比分析了本文所研究的Y射线能谱去噪算法,从试验结果可以看出,单独采用小波和EMD分解或传统尺度滤波,对γ射线能谱去噪后波形有明显的失真,而采用本文所研究的算法对γ射线能谱去噪后,从保护γ能谱特征、信噪比和均方根误差多方面综合考察均优于单独采用小波、EMD分解和尺度滤波算法。可见,基于EMD-Wavelet去噪法可以在信号和噪声频带重合时有效地分离出信号和噪声,使带噪信号的去噪结果更好。(3)将函数链神经网络预测方法用于软测量建模当中,建立了函数链神经网络的灰分智能软测量模型,并对煤质灰分进行了软测量预测。通过样本数据训练和验证,结果表明:基于函数链神经网络的灰分智能软测量模型具有较高的测量精度,最大误差为±0.9%,平均误差为±0.7%,并且误差表现较为稳定,具有较大的优越性。(4)针对传统方法对煤灰分检测耗时长及误差大的问题,提出了基于最小二乘支持向量机的煤灰分双能量γ射线智能检测和标定方法。该算法通过利用双能量Y射线透射法和最小二乘支持向量机算法可减小煤堆形状、厚度、粒度、堆密度等因素和标定方法引入的误差。在241 Am和137Cs作为低能和中能γ射线源的实验验证中,最小二乘支持向量机在煤灰分检测中显示了 0.8%平均相对误差,相对于直线逼近和最小二乘逼近算法的2.22%和3.19%平均相对误差,试验结果证明了基于最小二乘支持向量机的双能量Y射线煤灰分检测及标定方法具有更高的煤灰分检测准确度。(5)研究了双能γ透射测量模型的动态误差特性,提出了将被测煤质分区段的测量方法,有效地解决了统计误差和动态测量误差在测量时间要求上的冲突。分析了煤质中组分成分及其变化对检测结果的影响,试验结果表明煤质颗粒度和煤质水分含量的变化会导致煤质体积和堆积密度的变化,从而致使测量结果出现偏差,而煤质成分组成及变化会影响煤质灰分检测方程式中标定常数的确定,导致测量误差。因此,在利用双能Y射线检测模型测量煤质中的灰分含量时,需要利用合理的手段,控制被检测煤质的颗粒度以及水分含量,并对不同的煤种进行区别检测,从而有效减少煤质颗粒度、水分含量以及成分组成及变化对检测结果的影响。(6)结合煤灰分快速测量方法的研究成果,通过对各硬件模块和软件模块进行设计和改进,构建了具有信号采集、处理、通信、测量计算等功能,并满足实时、在线要求的灰分测量装置。本文从煤质灰分检测的实际情况出发,基于双能Y透射技术研究煤质灰分的智能检测方法和关键技术,为开发新一代的煤质灰分测量装置或仪器提供有效、可靠的理论方法和基础,在理论和工程上都具有一定的应用价值。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ533.2
【部分图文】：
第１章绪论逡逑煤质概述逡逑我国是世界上煤炭储量最丰富的国家之一，国家统计局数据显示：２０１５炭年产量达３７．５亿吨，煤炭在我国能源消费构成中占６０％以上，是我源和重要化工原料Ｗ。近年来，我国煤炭产量不断增加，煤炭能源被化工、发电、冶金等领域，发挥着至少是暂时无法替代的作用【２】。逡逑我国既是一个能源生产大国，又是一个能源消费大国，图１．１和图１．２源于中国海关统计的我国煤炭进出口量及增长率变化情况，从中可以煤炭出口量逐年递减，而进口量逐年递增，特别２００９年成为煤炭净进我国煤炭年进口量居高不下，在整体经济下行的情况下，２０１４年我国．９亿吨，２０１５年煤炭进口量仍有２亿吨，在煤炭消费中所占比例并未。我国的煤炭能源生产已不能满足煤炭能源消费的需求，部分煤炭能依赖国际市场的供应，能源安全在国民经济发展中的地位变得日益重１００００逦８０逡逑
煤质灰分智能检测方法与关键技术研究逡逑煤炭工业是我国重要的基础能源产业，在中国能源供给结构中处于重要战略逡逑地位。图１．３为２０１５年我国主要能源消费结构情况，从中可知在能源消费结构中逡逑煤炭处于绝对的主导地位。２０１５年我国煤炭消费比重为６４％；石油消费比重逡逑１８．１％；天然气消费比重５．９％；非化石能源消费比重１２％。由于我国能源矿藏“富逡逑煤少油缺气”的特点，决定了我国在今后相当长的一段时间内依然会以煤炭为主逡逑要的能源来源。预计在我国的一次能源生产中，煤炭能源即使到２０５０年仍将要占逡逑到所有一次能源生产的一半［３］。逡逑图１．３邋２０１５年我国能源消耗结构逡逑并且，由于我国长期以来煤炭综合利用技术落后，造成煤炭资源的利用率较逡逑低，相比世界先进水平，我国钢铁行业煤炭能耗差距在１１％左右，水泥综合能耗逡逑差距在２３％左右。煤炭能源的低效率利用造成了资源的严重浪费和环境污染问题，逡逑因此提高煤炭的利用效率对发展我国的国民经济以及环境保护具有重大的意义。逡逑为此，加快我国煤炭工业的结构调整，适应能源生产利用方式变革，推进煤炭科逡逑技进步，提高煤炭行业能源的利用效率成为了我国“十三五”期间煤炭行业发展逡逑的目标。逡逑目前
方法逡逑一定量的铀系和钍系等天然Ｙ放射性元素，质含有较多的天然放射性元素，这些天然放的天然ｙ射线与周围物质（煤炭的矿物质和就向低能方向聚集，从而形成“低能峰”。因炭的成分有关［２２］，所以通过测量由煤的天然炭中矿物质的含量，从而确定煤炭的灰分１２３］，煤炭的天然放射性透过低速运动的车厢量煤炭灰分含量。逡逑栥，：：x煎义希冲义希
本文编号：2831215
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ533.2
【部分图文】：
第１章绪论逡逑煤质概述逡逑我国是世界上煤炭储量最丰富的国家之一，国家统计局数据显示：２０１５炭年产量达３７．５亿吨，煤炭在我国能源消费构成中占６０％以上，是我源和重要化工原料Ｗ。近年来，我国煤炭产量不断增加，煤炭能源被化工、发电、冶金等领域，发挥着至少是暂时无法替代的作用【２】。逡逑我国既是一个能源生产大国，又是一个能源消费大国，图１．１和图１．２源于中国海关统计的我国煤炭进出口量及增长率变化情况，从中可以煤炭出口量逐年递减，而进口量逐年递增，特别２００９年成为煤炭净进我国煤炭年进口量居高不下，在整体经济下行的情况下，２０１４年我国．９亿吨，２０１５年煤炭进口量仍有２亿吨，在煤炭消费中所占比例并未。我国的煤炭能源生产已不能满足煤炭能源消费的需求，部分煤炭能依赖国际市场的供应，能源安全在国民经济发展中的地位变得日益重１００００逦８０逡逑
煤质灰分智能检测方法与关键技术研究逡逑煤炭工业是我国重要的基础能源产业，在中国能源供给结构中处于重要战略逡逑地位。图１．３为２０１５年我国主要能源消费结构情况，从中可知在能源消费结构中逡逑煤炭处于绝对的主导地位。２０１５年我国煤炭消费比重为６４％；石油消费比重逡逑１８．１％；天然气消费比重５．９％；非化石能源消费比重１２％。由于我国能源矿藏“富逡逑煤少油缺气”的特点，决定了我国在今后相当长的一段时间内依然会以煤炭为主逡逑要的能源来源。预计在我国的一次能源生产中，煤炭能源即使到２０５０年仍将要占逡逑到所有一次能源生产的一半［３］。逡逑图１．３邋２０１５年我国能源消耗结构逡逑并且，由于我国长期以来煤炭综合利用技术落后，造成煤炭资源的利用率较逡逑低，相比世界先进水平，我国钢铁行业煤炭能耗差距在１１％左右，水泥综合能耗逡逑差距在２３％左右。煤炭能源的低效率利用造成了资源的严重浪费和环境污染问题，逡逑因此提高煤炭的利用效率对发展我国的国民经济以及环境保护具有重大的意义。逡逑为此，加快我国煤炭工业的结构调整，适应能源生产利用方式变革，推进煤炭科逡逑技进步，提高煤炭行业能源的利用效率成为了我国“十三五”期间煤炭行业发展逡逑的目标。逡逑目前
方法逡逑一定量的铀系和钍系等天然Ｙ放射性元素，质含有较多的天然放射性元素，这些天然放的天然ｙ射线与周围物质（煤炭的矿物质和就向低能方向聚集，从而形成“低能峰”。因炭的成分有关［２２］，所以通过测量由煤的天然炭中矿物质的含量，从而确定煤炭的灰分１２３］，煤炭的天然放射性透过低速运动的车厢量煤炭灰分含量。逡逑栥，：：x煎义希冲义希
本文编号：2831215
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