煤炭水分微波在线检测关键技术的分析

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1、万方数据第一章绪论弗一早珀比1．1在线检测煤炭水分的背景及意义中国是煤炭资源大国，煤炭在我国国民经济中占有非常重要的地位。截止至2007年，我国煤炭剩余可采储量达1145亿吨，仅次于美国和俄罗斯，居世界第三，占世界总量的13．5％t¨。与其他一次能源如石油和天然气相比，煤炭在我国一次能量消费总量中所占的比例最大12】，提高煤炭的利用率对我国国民经济的发展和环境保护很重要。煤炭水分是一项重要的煤质指标，对煤炭贸易、运输和加工利用都有重要影响。在煤炭进出口贸易中，收到基低位发热量是主要的结算依据，水分增加会使煤中的可燃成分减少，导致低位发热量降低

2、，在通常情况下，煤中每增加l％的水分，煤的发热量会降'低250．290kJ／kg，煤的发热量越大，水分对低位发热量的影响也越大，因此煤中水分变化直接影响供需双方的经济利型31。在运输时，煤中水分会增加额外的运输量，浪费运力，在寒冷地区的冬季，水分还会使煤冻结影响上煤和卸煤。在电厂锅炉燃烧时，煤中水分在加热蒸发过程中吸收炉内温度使炉温下降，延迟煤的着火，影响煤粉着火稳定性，对锅炉安全运行不利，水分增加，煤粉不完全燃烧，增加不完全燃烧损失，排烟量增加，排烟热损失增加，导致锅炉效率下降。煤炭中的水分按存在状态的不同分为游离水和化合水。游离水包括吸附

3、在煤颗粒内部毛细管中的内在水分和附着在煤颗粒表面的外在水分，外在水分在常温下干燥一段时间即可蒸发，内在水分通常在105．110℃温度下进行蒸发，内在水分和外在水分之和为全水分。化合水是以化合的形式与煤中矿物质结合的水分，也称结晶水，化合水通常在200℃以上的温度下才能析出。目前我国电厂和煤炭工业中煤炭水分检测大多采用传统的现场人工采样送到实验室的检测方法，这种方法主要存在两方面的缺点：1、取样代表性难以保证。工业生产过程中的的煤炭流量大，而每次取样的数量非常有限，从而使得实际的取样代表性差。2、离线分析时间较长，难以实现在线实时分析，不能动态

4、地监控物料品质。由于过程检测和过程控制发展的需求，迫切需要实现煤炭水分在线检测，煤炭水分作为生产过程中一个重要过程参数，传统离线的检测方法己不能满足生产过程要求，在线检测煤炭水分可以实时对质量进行分析，有利于把握产品质量，指导生产运行，实现节约能源和提高生产效率，因此，研究煤炭水分在线检测技术具有重要意义。1．2各种在线检测煤炭水分技术的国内外研究现状传统的煤炭水分测量采用烘干法，该方法测量精度高，测量范围宽，可以作为检验其他方法的检测标准，但是烘干法从现场取样送至实验室烘干、称重到最后计算出结果需要很长的时间，无法实现煤炭水分快速检测。目前

5、煤炭水分在线检测是通过间接测量法实现的，间接法是测量与水分有关的物理量(例如煤炭的电导率、介电常数等)，间接测量出煤中水分。间接法主要有电导法、电容法、近红外法、中子法和微波法等。(1)电导法电导法采用两个电极把被煤样体夹紧，利用煤炭的电导或直流电阻随其含水量不同而变化的原理，根据电导的变化来检测煤炭的含水量【4】。电导式水分仪的优点：结构简单、响应速度快、成本低。缺点：电极需要接触被测煤炭，被测煤样的密度变化、电极和被测煤炭的接触面积、被煤炭表面粗糙度、表面污万方数据东南大学硕士学位论文染物、周围环境温度、盐分等都会对检测结果造成一定的误差

6、影响。(2)电容法电容法把煤炭作为电介质，一般干煤的介电常数远小于水，煤炭的介电常数随着水分的高低而显著变化，而电容器电容与介电常数有关，因此可通过测量电容器的电容值可测定煤炭的介电常数，进而求得煤炭的水分含量【5】。电容法优点是电极与样品接触要求不严格，简便经济，易维护，可用于在线检测。缺点是灵敏度不高，影响因素多，受温度、品种、紧实度等影响、抗干扰能力差，数据复杂，需要进行相应的补偿，才能提高检测精度。(3)近红外法近红外法利用水分对1．45岬或1．94岬波长的近红外辐射有明显强烈的吸收带，水分含量不同对特定波长近红外辐射的吸光度不同，测

7、得特定波长的吸光度便可完成水分含量的测定【6J。近红外测量方式有：透射法、反射法和反射透射复合法，对固体物料水分检测主要采用反射法。美国MoistTech公司是著名的在线近红外水分仪的生产商，其具有超过40年的研发在线水分检测仪的经验，被业界公称为近红外技术的引领者。IR．3000在线近红外水分仪是公司最新近红外技术产品，采用了强卤素石英光源和高效率的光学系统，将多个波长的近红外光束聚集到物料上，所反射的近红外线光束被一个强化数码探测系统处理，一次检测在几个毫秒内完成。IR-3000应用领域包括食品、木业、纸张、药业等。MoistTech82

8、8是专门为烟草水分在线检测而设计的在线近红外水分仪，已被许多烟草制造商选中，并在世界各地烟草工厂发挥作用。MoistTech828能够适用于烟草生产过程中烟叶初处理