煤炭水分微波在線檢測關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、THEKEYTECHNoLoGYRESEARCHONoN—LINEMOISTURECoNTENTMEASUREMENTOFCOALWITHAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYMiaoJianjunSupervisedbyProfSongZhaoLongSchoolofEnergyandEnvironmentSout

2、heastUniversity2014摘要摘要煤炭水分是一項(xiàng)重要的煤質(zhì)指標(biāo)，對煤炭貿(mào)易、運(yùn)輸和加工利用都有重要的影響，降低煤炭水分，可降低運(yùn)輸成本，減輕加工處理上的困難，并能減小利用時(shí)的能量損耗。傳統(tǒng)的離線測量方法具有取樣代表性差、離線分析時(shí)間長等缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化管理和生產(chǎn)的需要。應(yīng)用現(xiàn)代檢測技術(shù)，對煤炭水分進(jìn)行在線分析具有重要的價(jià)值。本文在分析了各種煤炭水分測量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，深入研究了微波法測量煤炭水分的關(guān)鍵技術(shù)，主要包

3、括分析了微波測量煤炭水分的原理、提出了針對輸送帶上煤炭水分的微波非接觸式在線檢測系統(tǒng)的總體方案、對影響煤炭水分測量的因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究、設(shè)計(jì)了針對煤炭厚度、堆密度等影響因素的解決措施、在考慮補(bǔ)償影響因素的基礎(chǔ)上建立了煤炭水分的測量模型。由電介質(zhì)定義和煤炭的物理化學(xué)性質(zhì)，將煤炭看作一種特殊的電介質(zhì)。根據(jù)電介質(zhì)理論知識(shí)，以煤炭的復(fù)介電常數(shù)為橋梁，分別分析了煤炭的復(fù)介電常數(shù)與煤炭水分的關(guān)系，和煤炭的復(fù)介電常數(shù)與微波透射煤層產(chǎn)生的衰減和相移的關(guān)

4、系，在此基礎(chǔ)上，分別建立煤炭的復(fù)介電常數(shù)與煤炭水分的關(guān)系式，和微波參數(shù)與煤炭的復(fù)介電常數(shù)的關(guān)系式。設(shè)計(jì)針對輸送帶上煤炭水分的在線測量系統(tǒng)時(shí)，從系統(tǒng)的測量方式、微波工作頻率和測量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過比較分析常見的微波測量系統(tǒng)的測量方式，選擇了較理想的測量方式。分析頻率選擇考慮的因素，選取了較優(yōu)的微波頻率。針對目前微波測量系統(tǒng)未考慮微波反射信號(hào)，分析了微波反射信號(hào)對煤炭水分測量結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上分別設(shè)計(jì)了具有反射信號(hào)補(bǔ)償?shù)乃p法

5、、相移法和雙參量法的測量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，說明了系統(tǒng)的工作過程和各組成單元。針對煤炭水分微波在線測量過程中受到其他因素的影響，首先通過分析微波測量煤炭水分的原理和實(shí)際的應(yīng)用過程，得出了影響煤炭水分測量的因素。然后設(shè)計(jì)了煤炭水分和影響因素的試驗(yàn)步驟，并開展了試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果表明分析得出：與低水分相比，煤炭在高水分時(shí)，衰減和相移隨水分變化更加顯著；衰減和相移與煤層厚度的關(guān)系與微波在空間中傳輸路徑有關(guān)；煤炭堆密度變化，一方面引起煤炭的絕對含水

6、量變化，另一方面引起煤炭復(fù)介電常數(shù)的變化，進(jìn)而影響衰減和相移；不同的煤層形狀通過煤炭的絕對含水量的變化影響衰減和相移：不同的煤炭粒徑通過散射作用的變化影響衰減和相移，此外煤炭粒徑變化時(shí)煤炭的毛細(xì)孔吸收量變化，影響衰減和相移與煤炭水分關(guān)系曲線中的拐點(diǎn)位置；不同的環(huán)境溫度主要通過煤炭中水的介電常數(shù)和損耗因子的變化影響衰減和相移；不同的煤種主要通過干煤中介電常數(shù)較大的灰分的含量影響衰減和相移，此外，不同煤種的內(nèi)在水分含量不同，影響衰減和相移與

7、水分關(guān)系曲線中的拐點(diǎn)位置。最后，針對測量過程中受到的影響因素，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解決措施。針對常規(guī)的煤炭水分測量模型中考慮的影響因素較少，同時(shí)存在某些自變量選擇不合理的問題，本文在全面考慮影響因素的基礎(chǔ)上，利用逐步回歸分析的篩選變量功能，分別建立了衰減法，相移法和雙參量法的測量模型，逐步回歸分析模型取得了一定的精度。又進(jìn)一步利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近任意非線性映射的能力，分別建立了衰減法、相移法和雙參量法模型，并與逐步回歸模型進(jìn)行預(yù)測比較，結(jié)果