煤炭能源被廣泛應(yīng)用于化工、發(fā)電、冶金等領(lǐng)域,即使在能源多樣化的新形勢下仍然發(fā)揮著不可替代的作用。煤炭中灰分是影響煤炭燃燒特性的重要指標(biāo),通過檢測煤質(zhì)中的灰分含量可以有效的檢測煤質(zhì)的燃燒性能,從而對不同的煤質(zhì)進行合理的分配和利用。除此之外,在煤炭的燃燒和氣化中,根據(jù)灰分含量以及其它的諸如熔點、黏度、導(dǎo)電性和化學(xué)組成等特性可以預(yù)測燃燒和氣化中可能出現(xiàn)的腐蝕、玷污、結(jié)渣等問題,并據(jù)此進行爐型選擇和煤炭灰渣利用研究;在煉焦工業(yè)中,可用煤炭中的灰分量來預(yù)計焦炭中的灰分,灰分含量越高,有效碳的產(chǎn)率就越低；在商業(yè)上煤炭灰分含量是煤定級論價的重要指標(biāo)。因此,煤質(zhì)灰分檢測對煤炭資源的高效、清潔利用具有很重要的作用。雙能γ射線煤炭灰分測量技術(shù)是利用γ輻射技術(shù)與計算機技術(shù)實現(xiàn)煤炭灰分的快速、準(zhǔn)確檢測,可以廣泛應(yīng)用于焦化廠、鋼鐵廠、電廠等用煤企業(yè)。本文依托“國家科技支撐計劃課題(2012BAJ24B00)”,采用理論計算和試驗分析相結(jié)合的方法,對基于雙能γ射線的煤質(zhì)灰分檢測技術(shù)進行優(yōu)化改進,主要研究工作如下:(1)探討了 γ射線和物質(zhì)之間的作用關(guān)系,論述了煤炭的組成成分及煤質(zhì)可燃物質(zhì)和不可燃物質(zhì)(灰分)的含量關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,分析了低能γ射線和中能Y射線作用于煤炭后,通過不同成分產(chǎn)生的質(zhì)量衰減系數(shù),確認(rèn)該系數(shù)跟煤炭中的高Z元素相關(guān)聯(lián),可以利用γ射線作用前后的衰減系數(shù)計算煤質(zhì)灰分含量。為后面進一步確定具體的計算關(guān)系和模型打下了基礎(chǔ)。(2)針對丫射線探測器中的噪聲問題,利用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法及小波軟閾值去噪方法,提出基于小波經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD-Wavelet)的γ射線能譜去噪算法。通過試驗對比分析了本文所研究的Y射線能譜去噪算法,從試驗結(jié)果可以看出,單獨采用小波和EMD分解或傳統(tǒng)尺度濾波,對γ射線能譜去噪后波形有明顯的失真,而采用本文所研究的算法對γ射線能譜去噪后,從保護γ能譜特征、信噪比和均方根誤差多方面綜合考察均優(yōu)于單獨采用小波、EMD分解和尺度濾波算法�？梢�,基于EMD-Wavelet去噪法可以在信號和噪聲頻帶重合時有效地分離出信號和噪聲,使帶噪信號的去噪結(jié)果更好。(3)將函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法用于軟測量建模當(dāng)中,建立了函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的灰分智能軟測量模型,并對煤質(zhì)灰分進行了軟測量預(yù)測。通過樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練和驗證,結(jié)果表明:基于函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的灰分智能軟測量模型具有較高的測量精度,最大誤差為±0.9%,平均誤差為±0.7%,并且誤差表現(xiàn)較為穩(wěn)定,具有較大的優(yōu)越性。(4)針對傳統(tǒng)方法對煤灰分檢測耗時長及誤差大的問題,提出了基于最小二乘支持向量機的煤灰分雙能量γ射線智能檢測和標(biāo)定方法。該算法通過利用雙能量Y射線透射法和最小二乘支持向量機算法可減小煤堆形狀、厚度、粒度、堆密度等因素和標(biāo)定方法引入的誤差。在241 Am和137Cs作為低能和中能γ射線源的實驗驗證中,最小二乘支持向量機在煤灰分檢測中顯示了 0.8%平均相對誤差,相對于直線逼近和最小二乘逼近算法的2.22%和3.19%平均相對誤差,試驗結(jié)果證明了基于最小二乘支持向量機的雙能量Y射線煤灰分檢測及標(biāo)定方法具有更高的煤灰分檢測準(zhǔn)確度。(5)研究了雙能γ透射測量模型的動態(tài)誤差特性,提出了將被測煤質(zhì)分區(qū)段的測量方法,有效地解決了統(tǒng)計誤差和動態(tài)測量誤差在測量時間要求上的沖突。分析了煤質(zhì)中組分成分及其變化對檢測結(jié)果的影響,試驗結(jié)果表明煤質(zhì)顆粒度和煤質(zhì)水分含量的變化會導(dǎo)致煤質(zhì)體積和堆積密度的變化,從而致使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差,而煤質(zhì)成分組成及變化會影響煤質(zhì)灰分檢測方程式中標(biāo)定常數(shù)的確定,導(dǎo)致測量誤差。因此,在利用雙能Y射線檢測模型測量煤質(zhì)中的灰分含量時,需要利用合理的手段,控制被檢測煤質(zhì)的顆粒度以及水分含量,并對不同的煤種進行區(qū)別檢測,從而有效減少煤質(zhì)顆粒度、水分含量以及成分組成及變化對檢測結(jié)果的影響。(6)結(jié)合煤灰分快速測量方法的研究成果,通過對各硬件模塊和軟件模塊進行設(shè)計和改進,構(gòu)建了具有信號采集、處理、通信、測量計算等功能,并滿足實時、在線要求的灰分測量裝置。本文從煤質(zhì)灰分檢測的實際情況出發(fā),基于雙能Y透射技術(shù)研究煤質(zhì)灰分的智能檢測方法和關(guān)鍵技術(shù),為開發(fā)新一代的煤質(zhì)灰分測量裝置或儀器提供有效、可靠的理論方法和基礎(chǔ),在理論和工程上都具有一定的應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ533.2
【部分圖文】：

第１章緒論逡逑煤質(zhì)概述逡逑我國是世界上煤炭儲量最豐富的國家之一，國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：２０１５炭年產(chǎn)量達３７．５億噸，煤炭在我國能源消費構(gòu)成中占６０％以上，是我源和重要化工原料Ｗ。近年來，我國煤炭產(chǎn)量不斷增加，煤炭能源被化工、發(fā)電、冶金等領(lǐng)域，發(fā)揮著至少是暫時無法替代的作用【２】。逡逑我國既是一個能源生產(chǎn)大國，又是一個能源消費大國，圖１．１和圖１．２源于中國海關(guān)統(tǒng)計的我國煤炭進出口量及增長率變化情況，從中可以煤炭出口量逐年遞減，而進口量逐年遞增，特別２００９年成為煤炭凈進我國煤炭年進口量居高不下，在整體經(jīng)濟下行的情況下，２０１４年我國．９億噸，２０１５年煤炭進口量仍有２億噸，在煤炭消費中所占比例并未。我國的煤炭能源生產(chǎn)已不能滿足煤炭能源消費的需求，部分煤炭能依賴國際市場的供應(yīng)，能源安全在國民經(jīng)濟發(fā)展中的地位變得日益重１００００邐８０逡逑

煤質(zhì)灰分智能檢測方法與關(guān)鍵技術(shù)研究逡逑煤炭工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，在中國能源供給結(jié)構(gòu)中處于重要戰(zhàn)略逡逑地位。圖１．３為２０１５年我國主要能源消費結(jié)構(gòu)情況，從中可知在能源消費結(jié)構(gòu)中逡逑煤炭處于絕對的主導(dǎo)地位。２０１５年我國煤炭消費比重為６４％；石油消費比重逡逑１８．１％；天然氣消費比重５．９％；非化石能源消費比重１２％。由于我國能源礦藏“富逡逑煤少油缺氣”的特點，決定了我國在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)依然會以煤炭為主逡逑要的能源來源。預(yù)計在我國的一次能源生產(chǎn)中，煤炭能源即使到２０５０年仍將要占逡逑到所有一次能源生產(chǎn)的一半［３］。逡逑圖１．３邋２０１５年我國能源消耗結(jié)構(gòu)逡逑并且，由于我國長期以來煤炭綜合利用技術(shù)落后，造成煤炭資源的利用率較逡逑低，相比世界先進水平，我國鋼鐵行業(yè)煤炭能耗差距在１１％左右，水泥綜合能耗逡逑差距在２３％左右。煤炭能源的低效率利用造成了資源的嚴(yán)重浪費和環(huán)境污染問題，逡逑因此提高煤炭的利用效率對發(fā)展我國的國民經(jīng)濟以及環(huán)境保護具有重大的意義。逡逑為此，加快我國煤炭工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，適應(yīng)能源生產(chǎn)利用方式變革，推進煤炭科逡逑技進步，提高煤炭行業(yè)能源的利用效率成為了我國“十三五”期間煤炭行業(yè)發(fā)展逡逑的目標(biāo)。逡逑目前

方法逡逑一定量的鈾系和釷系等天然Ｙ放射性元素，質(zhì)含有較多的天然放射性元素，這些天然放的天然ｙ射線與周圍物質(zhì)（煤炭的礦物質(zhì)和就向低能方向聚集，從而形成“低能峰”。因炭的成分有關(guān)［２２］，所以通過測量由煤的天然炭中礦物質(zhì)的含量，從而確定煤炭的灰分１２３］，煤炭的天然放射性透過低速運動的車廂量煤炭灰分含量。逡逑栥，：：x煎義希沖義希

本文編號：2831215