一种微波干燥法测定煤炭水分的方法与流程

1.本发明属于煤含水量检测领域，具体涉及一种微波干燥法测定煤炭水分的方法。


背景技术：

2.煤炭作为我国的主要一次能源，生产和消费都居世界前列，快速准确检测出燃煤元素并进行工业分析，是煤炭清洁与高效利用的前提条件。在煤质检测中，煤的含水量检测也是一个重要的检测指标。水分作为煤炭性质的基础数据之一，在煤炭的使用、运输、贮藏等方面有着不可忽视的地位。贮藏的煤炭若水分过低，则影响其风化、破裂，严重时可导致煤炭自燃。运输的煤炭若水分过高，将会粘连在运输工具上，损失燃料的同时也增加了清理成本。煤炭在进入电厂火力发电时，含水量越高，煤炭燃烧时吸热越多，水分耗费热能过大，使得煤炭发热量低，燃烧不完全，可完全利用的热能下降。由此可见，精准测定煤炭水分十分重要。
3.微波干燥法是测定煤炭水分的常用方法之一，其是通过电磁能量作用机制使煤样中水分子摩擦生热，通过干燥煤样后计算质量损失来求得煤样中的水分含量。该测定方法中，当煤炭未脱水完成时，煤炭中的水分子会持续吸收热量，使整个微波腔室内温度不会过高；当脱水完成后，微波功率不变持续加热，干燥煤炭吸收热量，温度不断升高，如若不及时停止，不仅会析出挥发分，更容易导致煤炭爆燃，引发危险。通常判断脱水完成的方法是取一段时间内的几个重量点数据，如果数值相等，则认为重量不会再变化，这是十分理想的情况。然而实际测量过程中，由于重量传感器存在一定程度的波动，经常导致实验数据中出现后一秒重量比前一秒重量大或者同一段时间重量几乎相同的情况，这些都会引入测量误差。因此，基于微波干燥法测定煤炭水分的过程中，能够准确地判定脱水完成的时刻是十分必要的。


技术实现要素：

4.基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，通过对微波干燥水分测定过程中的煤炭质量曲线进行分析，准确判定脱水完成的时刻，减少了测量误差。
5.为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，包括以下步骤：
7.步骤1：微波加热煤样并采集煤样的重量数据，获取煤样的重量曲线；
8.步骤2：对煤样的重量曲线进行移动窗口平均平滑滤波操作，获取滤波后的重量曲线；
9.步骤3：使用levenberg-marquardt算法对滤波后的重量曲线进行曲线拟合，获取最佳拟合曲线；
10.步骤4：对最佳拟合曲线进行求导，获取斜率曲线，当满足斜率值大于阈值时，煤样脱水结束，输出煤样含水量。
11.进一步地，在所述步骤3中，最佳拟合曲线公式如下：
[0012][0013]
式中，x为采样点，y为采样点对应的煤样的重量值，a0、a1、a2、a3均为函数参数。
[0014]
进一步地，在所述步骤4中，斜率曲线公式如下：
[0015][0016]
式中，x为采样点，y为采样点对应的煤样的重量值，a0、a1、a2、a3均为函数参数。
[0017]
进一步地，在所述步骤4中，煤样含水量的计算公式如下：
[0018][0019]
式中，m为煤样含水量，ω1为煤样的初始重量，ω2为煤样脱水后的重量。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0021]
相较于中华人民共和国gb/t211—2007中测量煤炭含水量的微波干燥法，本发明不需要多次拿出样品称重再计算，而是通过重量传感器的数值，边烘干边测量边计算，当煤样烘干完成时，含水量同时计算完成，该方法更加省时，效率更高，操作也更简单。现在市面上有的包含重量传感器的煤炭测水方法多半是通过定时停止或者人工观测的方法判定测水结束，相较于本发明的方法，不仅费时而且结果偏差较大。
[0022]
根据实验结果表明，一盘依照国标法测出的含水量为10.5％的煤样，通过上述两种煤炭测水方法测量所得的结果分别为：10％和11.3％，而本发明方法测得数据为10.3％，结果更为准确和快速。
附图说明
[0023]
图1是煤样重量曲线图；
[0024]
图2是煤样重量曲线平滑图；
[0025]
图3是部分煤样重量曲线与最佳拟合曲线的对比图；
[0026]
图4是斜率曲线图。
具体实施方式
[0027]
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0028]
实施例
[0029]
将煤样(含水量为20.13％，质量为200g)置于微波加热腔中进行加热，微波加热的同时通过称重传感器随时记录带盘煤样的重量，plc读取重量数据并将信号传给电脑，电脑通过记录并分析重量数据。下面对本发明所述的微波干燥法测定煤炭水分的方法作进一步描述：
[0030]
(1)基于采集的带盘煤样的重量数据，获取如图1所示的煤样重量曲线图；
[0031]
(2)使用移动窗口平均平滑算法对煤样的重量曲线进行滤波处理，截取10个点作
为处理示例，如下表1：
[0032]
表1滤波处理前后的重量对比数据
[0033][0034]
由表1可得，当重量数据出现不合理情况时，通过滤波可将数据去噪，滤波后的重量曲线如图2所示；
[0035]
(3)使用levenberg-marquardt算法对滤波后的重量曲线进行曲线拟合，获取最佳拟合曲线，如图3所示，最佳拟合曲线基本贴合实际重量曲线，拟合优度为r2＝0.99945，最佳拟合曲线公式如下：
[0036][0037]
(4)对最佳拟合曲线进行求导计算各点斜率，获取如图4所示的斜率曲线，截取10个点作为运算示例，如下表2：
[0038]
表2各采样点对应的斜率数据
[0039][0040]
(5)经过多组实验测算，当煤样脱水完成时，斜率均大于-0.07，因此本实施例将阈值定为-0.07，当满足斜率》-0.07时，煤样脱水完成，利用下式计算煤样含水量：
[0041][0042]
实际煤样含水量为20.13％，本实施例测得煤样含水量为20.36％，误差≤0.5％。
[0043]
以上所述为本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。


技术特征：
1.一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：微波加热煤样并采集煤样的重量数据，获取煤样的重量曲线；步骤2：使用移动窗口平均平滑算法对煤样的重量曲线进行滤波操作，获取滤波后的重量曲线；步骤3：使用levenberg-marquardt算法对滤波后的重量曲线进行曲线拟合，获取最佳拟合曲线；步骤4：对最佳拟合曲线进行求导，获取斜率曲线，当满足斜率值大于阈值时，煤样脱水结束，输出煤样含水量。2.根据权利要求1所述的一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，其特征在于，在所述步骤3中，最佳拟合曲线公式如下：式中，x为采样点，y为采样点对应的煤样的重量值，a0、a1、a2、a3均为函数参数。3.根据权利要求1所述的一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，其特征在于，在所述步骤4中，斜率曲线公式如下：式中，x为采样点，y为采样点对应的煤样的重量值，a0、a1、a2、a3均为函数参数。4.根据权利要求1所述的一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，其特征在于，在所述步骤4中，煤样含水量的计算公式如下：式中，m为煤样含水量，ω1为煤样的初始重量，ω2为煤样脱水后的重量。

技术总结
本发明公开了一种微波干燥法测定煤炭水分的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：微波加热煤样并采集煤样的重量数据，获取煤样的重量曲线；步骤2：对煤样的重量曲线进行移动窗口平均平滑滤波操作，获取滤波后的重量曲线；步骤3：使用Levenberg-Marquardt算法对滤波后的重量曲线进行曲线拟合，获取最佳拟合曲线；步骤4：对最佳拟合曲线进行求导，获取斜率曲线，当满足斜率值大于阈值时，煤样脱水结束，输出煤样含水量。本发明通过对微波干燥水分测定过程中的煤炭质量曲线进行分析，准确判定脱水完成的时刻，减少了测量误差。减少了测量误差。


技术研发人员：王慧妍 霍炯宇 宋健超 张雷 张培华 朱竹军 孙倩 叶泽甫 尹王保 贾锁堂
受保护的技术使用者：山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/8/1