本發(fā)明涉及富油煤熱解調(diào)控，具體為一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、富油煤作為一種在我國廣泛分布的特種煤炭資源，兼具煤、油、氣三重屬性，其開發(fā)利用對于緩解國內(nèi)油氣資源迫切需求、推動煤炭資源的清潔、高效和低碳循環(huán)利用具有重要意義。富油煤產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模開發(fā)及高效轉(zhuǎn)化，不僅能夠為國家的能源供應(yīng)鏈注入新的活力，也是實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。

2、然而，在富油煤油氣資源的綠色開發(fā)過程中，人工熱解（即人為誘導(dǎo)化學(xué)開采方式）成為當(dāng)前的主流技術(shù)。這一技術(shù)雖然有效，但受到多種因素的影響，其中熱解溫度和升溫速率是決定熱解效率和產(chǎn)物品質(zhì)的關(guān)鍵因素。而這些關(guān)鍵因素又主要依賴于加熱方式的選擇，因此，選取合適的加熱方式對于富油煤的熱解至關(guān)重要。

3、目前，電加熱工藝因其技術(shù)成熟、操作靈活等優(yōu)點，在煤熱解領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，對于導(dǎo)熱性系數(shù)低、熱解溫度高的富油煤層而言，電加熱工藝存在明顯的局限性。具體表現(xiàn)為能量損失快、耗時久、傳熱效果差等問題，這不僅影響了熱解效率，也增加了生產(chǎn)成本，限制了富油煤資源的有效開發(fā)和利用。

4、因此，如何選取最佳的加熱方式，以提升富油煤的加熱效率和熱量傳遞穩(wěn)定性，成為當(dāng)前富油煤熱解領(lǐng)域亟待解決的重要技術(shù)挑戰(zhàn)。這不僅關(guān)乎富油煤資源的有效開發(fā)和利用，也對于推動煤炭資源的清潔、高效和低碳循環(huán)利用具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中如何提升富油煤的加熱效率和熱量傳遞穩(wěn)定性的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)，包括微波加熱裝置、富油煤樣、微波測溫單元、富油煤損傷檢測單元、稱重單元、氣體輸出單元、油氣檢測收集單元以及上位機(jī)；

4、所述微波加熱裝置內(nèi)設(shè)有石英熱解管；所述富油煤樣放置在石英熱解管內(nèi)；所述微波測溫單元的檢測端位于微波加熱裝置內(nèi)，用于檢測富油煤樣的溫度；所述富油煤損傷檢測單元的檢測端通過石英熱解管抵接在富油煤樣上，用于對富油煤樣的熱損傷進(jìn)行檢測；

5、所述稱重單元在微波加熱裝置內(nèi)，并位于石英熱解管的下方，所述稱重單元的稱量端通過石英熱解管抵接在富油煤樣的底部，用于實時監(jiān)測富油煤樣的重量；

6、所述石英熱解管設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，所述氣體輸出單元的輸出端連接至石英熱解管的進(jìn)氣口，所述油氣檢測收集單元的輸入端連接至石英熱解管的出氣口；

7、所述微波測溫單元、富油煤損傷檢測單元、稱重單元、氣體輸出單元、油氣檢測收集單元的信號端分別與上位機(jī)連接。

8、優(yōu)選的，微波測溫單元包括微波發(fā)射與接收信號一體化分析裝置；所述微波發(fā)射與接收信號一體化分析裝置的檢測端包括若干微波發(fā)射裝置和殘余微波接收裝置；

9、所述微波發(fā)射與接收信號一體化分析裝置位于微波加熱裝置外部，若干微波發(fā)射裝置和殘余微波接收裝置在微波加熱裝置內(nèi)，且沿著石英熱解管的邊沿分布設(shè)置，用于檢測富油煤樣的溫度；

10、若干微波發(fā)射裝置和殘余微波接收裝置的信號輸出端分別連接至微波發(fā)射與接收信號一體化分析裝置的信號輸入端，所述微波發(fā)射與接收信號一體化分析裝置的信號輸出端連接至上位機(jī)的信號輸入端。

11、優(yōu)選的，富油煤損傷檢測單元包括聲發(fā)射-波速一體化分析儀；所述聲發(fā)射-波速一體化分析儀的檢測端為聲波檢測件；

12、所述聲發(fā)射-波速一體化分析儀位于微波加熱裝置外部，所述聲波檢測件經(jīng)微波加熱裝置且通過石英熱解管抵接在富油煤樣上，用于對富油煤樣的熱損傷進(jìn)行檢測；

13、所述聲波檢測件的信號輸出端連接至聲發(fā)射-波速一體化分析儀的信號輸入端，所述聲發(fā)射-波速一體化分析儀的信號輸出端連接至上位機(jī)的信號輸入端。

14、進(jìn)一步的，聲波檢測件包括聲波波導(dǎo)桿；

15、所述聲波波導(dǎo)桿的檢測端經(jīng)微波加熱裝置且通過石英熱解管抵接在富油煤樣上；

16、所述聲波波導(dǎo)桿的信號端位于微波加熱裝置的外部，且信號端出設(shè)有聲波探頭；所述聲波波導(dǎo)桿通過聲波探頭與聲發(fā)射-波速一體化分析儀的信號輸入端連接。

17、優(yōu)選的，石英熱解管的下方兩側(cè)分別設(shè)有金屬微波屏蔽箱，所述稱重單元位于兩組金屬微波屏蔽箱之間。

18、進(jìn)一步的，稱重單元包括熱重稱量裝置；

19、所述熱重稱量裝置的稱量端為熱重連接桿，所述熱重連接桿的一端連接熱重稱量裝置，另一端通過石英熱解管抵接在富油煤樣的底部，用于實時監(jiān)測富油煤樣的重量；

20、所述熱重稱量裝置的信號輸出端連接至上位機(jī)的信號輸入端。

21、優(yōu)選的，氣體輸出單元包括氣瓶柜和氣瓶；

22、所述氣瓶放置在氣瓶柜內(nèi)，所述氣瓶柜位于微波加熱裝置外部；

23、所述氣瓶的輸出端通過柔性進(jìn)氣管連接至石英熱解管的進(jìn)氣口；

24、所述柔性進(jìn)氣管上設(shè)有進(jìn)氣質(zhì)量流量計，所述進(jìn)氣質(zhì)量流量計的信號輸出端連接至上位機(jī)的信號輸入端。

25、優(yōu)選的，油氣檢測收集單元包括油氣分析裝置、恒低溫焦油收集裝置以及氣體收集裝置；

26、所述油氣分析裝置的輸入端通過柔性出氣管連接至石英熱解管的出氣口，所述柔性出氣管上設(shè)有集氣質(zhì)量流量計，所述油氣分析裝置和集氣質(zhì)量流量計的信號端分別與上位機(jī)連接；

27、所述油氣分析裝置的輸出端經(jīng)恒低溫焦油收集裝置連接至氣體收集裝置，所述氣體收集裝置與上位機(jī)連接。

28、優(yōu)選的，微波加熱裝置內(nèi)設(shè)有保溫腔，所述保溫腔的外側(cè)包覆有保溫層，所述石英熱解管設(shè)置在保溫腔內(nèi)。

29、第二方面，本發(fā)明還提供了一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控方法，基于如上述所述的一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)，包括如下過程：

30、將富油煤樣放置在石英熱解管內(nèi)，啟動微波加熱裝置對富油煤樣進(jìn)行加熱，其中在加熱過程中，通過氣體輸出單元對石英熱解管內(nèi)輸入所需氣氛，使得石英熱解管內(nèi)達(dá)到熱解條件，當(dāng)石英熱解管內(nèi)的溫度達(dá)到熱解條件時，富油煤樣的質(zhì)量隨著加熱時間增加而發(fā)生變化，其中通過稱重單元實時記錄煤樣質(zhì)量的動態(tài)變化，通過富油煤損傷檢測單元對富油煤樣在熱解過程的損傷進(jìn)行監(jiān)控，同時通過微波測溫單元對富油煤樣溫度進(jìn)行測量，并將所監(jiān)控和測量的數(shù)據(jù)均反饋至上位機(jī)中，最后石英熱解管內(nèi)的氣氛輸出至油氣檢測收集單元內(nèi)，油氣檢測收集單元對輸出的油氣進(jìn)行檢測和收集，并將所檢測的結(jié)果反饋至上位機(jī)，完成微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控工作。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

32、本發(fā)明提供了一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控系統(tǒng)，將富油煤樣放置在石英熱解管內(nèi)，通過微波加熱的方式實現(xiàn)了富油煤的高效熱解。通過微波測溫單元可以對富油煤樣在熱解過程的溫度進(jìn)行調(diào)控，并通過富油煤損傷檢測單元可以有效的對富油煤樣的熱損傷進(jìn)行檢測，稱重單元能夠?qū)Ω挥兔簶釉跓峤膺^程的質(zhì)量變化進(jìn)行實時監(jiān)測，大大提高了對富油煤樣的熱解監(jiān)控準(zhǔn)確性；本發(fā)明通過上位機(jī)進(jìn)行智能調(diào)控，可以根據(jù)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，自動調(diào)整微波加熱功率、氣體流量等參數(shù)，以優(yōu)化熱解效果，確保產(chǎn)物質(zhì)量和產(chǎn)量，大大提升富油煤的加熱效率和熱量傳遞穩(wěn)定性。

33、進(jìn)一步的，微波測溫單元通過微波發(fā)射裝置發(fā)射微波信號，并由殘余微波接收裝置接收反射回來的信號，從而實現(xiàn)對富油煤樣的溫度測量，避免了傳統(tǒng)接觸式測溫方法可能帶來的誤差和安全隱患。微波發(fā)射與接收信號一體化分析裝置能夠?qū)崟r接收并處理微波信號，從而實現(xiàn)對被測物體溫度的實時監(jiān)測，有助于及時發(fā)現(xiàn)并糾正溫度偏差，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。通過測量微波發(fā)射與接收能量之間的差值，并結(jié)合煤樣的介電常數(shù)、介電損耗因子和比熱容等關(guān)鍵物理參數(shù)，系統(tǒng)基于實驗標(biāo)定的溫度-微波能量關(guān)系模型，實現(xiàn)對煤樣的高精度測量與實時監(jiān)控。

34、進(jìn)一步的，聲波檢測件能夠持續(xù)向煤樣發(fā)射聲波并接收反射信號，聲發(fā)射-波速一體化分析儀則能夠?qū)崟r處理這些信號并輸出檢測結(jié)果，有助于及時發(fā)現(xiàn)煤樣在微波加熱過程中的潛在損傷問題，為生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供了有力支持。在微波作用下，富油煤樣因熱損傷釋放彈性波信號，信號通過聲波波導(dǎo)桿傳遞至聲波探頭，隨后由聲發(fā)射-波速一體化分析儀對信號進(jìn)行處理，提取聲發(fā)射特征參數(shù)和縱波波速信號。通過分析聲發(fā)射信號和波速信號的變化規(guī)律，系統(tǒng)可實時監(jiān)測煤樣的熱損傷狀態(tài)，為富油煤熱解過程提供精準(zhǔn)監(jiān)控和評估支持。

35、進(jìn)一步的，金屬微波屏蔽箱能夠阻擋微波對稱重單元的干擾，確保稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，金屬微波屏蔽箱還能起到保護(hù)稱重單元的作用，防止其因長時間暴露在微波輻射下而受損或性能下降。

36、更進(jìn)一步的，?在微波加熱過程中，富油煤樣質(zhì)量隨著加熱時間增加而發(fā)生變化，通過熱重連接桿將煤樣的質(zhì)量變化信息高效傳遞至熱重稱量裝置，實時記錄煤樣質(zhì)量的動態(tài)變化，實現(xiàn)對熱解過程中質(zhì)量損失的精準(zhǔn)監(jiān)控與分析。

37、進(jìn)一步的，進(jìn)氣質(zhì)量流量計能夠?qū)崟r監(jiān)測并精確控制進(jìn)入石英熱解管的氣體流量，確保氣體供應(yīng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過精確控制氣體流量，可以確保石英熱解管內(nèi)的氣體供應(yīng)充足且穩(wěn)定，從而提高了微波加熱裝置的加熱效率。

38、進(jìn)一步的，油氣分析裝置能夠精確分析從石英熱解管中釋放出的油氣成分，集氣質(zhì)量流量計能夠?qū)崟r監(jiān)測從石英熱解管中釋放出的氣體流量，確保油氣分析的準(zhǔn)確性和可靠性。通過精確控制氣體流量，可以避免因流量過大或過小而導(dǎo)致的分析誤差。恒低溫焦油收集裝置能夠在恒定的低溫條件下收集從油氣分析裝置中分離出的焦油。這種設(shè)計有助于避免焦油的冷凝和固化，提高了焦油的收集效率和質(zhì)量。

39、本發(fā)明還提供了一種微波富油煤熱解實時監(jiān)測與智能調(diào)控方法，通過稱重單元實時記錄煤樣質(zhì)量的動態(tài)變化，可以精確掌握富油煤在熱解過程中的質(zhì)量損失情況，從而及時調(diào)整加熱條件，確保熱解效率的最大化。微波測溫單元能夠?qū)崟r監(jiān)測煤樣的溫度，確保熱解過程在最佳溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，避免了因溫度過高或過低而導(dǎo)致的熱解效率低下或資源浪費，氣體輸出單元根據(jù)熱解條件精確輸入所需氣氛有助于優(yōu)化熱解過程，提高油氣的產(chǎn)率和品質(zhì)。富油煤損傷檢測單元能夠監(jiān)控煤樣在熱解過程中的損傷情況，為科研人員提供了寶貴的實驗數(shù)據(jù)，有助于深入理解熱解機(jī)理，優(yōu)化熱解工藝。油氣檢測收集單元能夠精確檢測和收集熱解過程中產(chǎn)生的油氣，為后續(xù)的產(chǎn)品分離、提純和利用提供了便利。同時，通過檢測油氣的成分和含量，可以評估熱解效果，為產(chǎn)品質(zhì)量控制提供依據(jù)。