本發明涉及富油煤熱解調控，具體為一種微波富油煤熱解實時監測與智能調控系統及方法。

背景技術：

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，其開發利用對于緩解國內油氣資源迫切需求、推動煤炭資源的清潔、高效和低碳循環利用具有重要意義。富油煤產業的大規模開發及高效轉化，不僅能夠為國家的能源供應鏈注入新的活力，也是實現能源結構調整和可持續發展的關鍵路徑。

2、然而，在富油煤油氣資源的綠色開發過程中，人工熱解（即人為誘導化學開采方式）成為當前的主流技術。這一技術雖然有效，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物品質的關鍵因素。而這些關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重要。

3、目前，電加熱工藝因其技術成熟、操作靈活等優點，在煤熱解領域得到了廣泛應用。然而，對于導熱性系數低、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，也增加了生產成本，限制了富油煤資源的有效開發和利用。

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定性，成為當前富油煤熱解領域亟待解決的重要技術挑戰。這不僅關乎富油煤資源的有效開發和利用，也對于推動煤炭資源的清潔、高效和低碳循環利用具有重要意義。

技術實現思路

1、為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種微波富油煤熱解實時監測與智能調控系統及方法，以解決現有技術中如何提升富油煤的加熱效率和熱量傳遞穩定性的技術問題。

2、本發明是通過以下技術方案來實現：

3、第一方面，本發明提供了一種微波富油煤熱解實時監測與智能調控系統，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；

4、所述微波加熱裝置內設有石英熱解管；所述富油煤樣放置在石英熱解管內；所述微波測溫單元的檢測端位于微波加熱裝置內，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行檢測；

5、所述稱重單元在微波加熱裝置內，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，用于實時監測富油煤樣的重量；

6、所述石英熱解管設有進氣口和出氣口，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連接。

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

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

10、若干微波發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射與接收信號一體化分析裝置的信號輸入端，所述微波發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的信號輸入端。

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

12、所述聲發射-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行檢測；

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

14、進一步的，聲波檢測件包括聲波波導桿；

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

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

17、優選的，石英熱解管的下方兩側分別設有金屬微波屏蔽箱，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的信號輸入端。

21、優選的，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，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氣管連接至石英熱解管的進氣口；

24、所述柔性進氣管上設有進氣質量流量計，所述進氣質量流量計的信號輸出端連接至上位機的信號輸入端。

25、優選的，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有集氣質量流量計，所述油氣分析裝置和集氣質量流量計的信號端分別與上位機連接；

27、所述油氣分析裝置的輸出端經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連接。

28、優選的，微波加熱裝置內設有保溫腔，所述保溫腔的外側包覆有保溫層，所述石英熱解管設置在保溫腔內。

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

30、將富油煤樣放置在石英熱解管內，啟動微波加熱裝置對富油煤樣進行加熱，其中在加熱過程中，通過氣體輸出單元對石英熱解管內輸入所需氣氛，使得石英熱解管內達到熱解條件，當石英熱解管內的溫度達到熱解條件時，富油煤樣的質量隨著加熱時間增加而發生變化，其中通過稱重單元實時記錄煤樣質量的動態變化，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行監控，同時通過微波測溫單元對富油煤樣溫度進行測量，并將所監控和測量的數據均反饋至上位機中，最后石英熱解管內的氣氛輸出至油氣檢測收集單元內，油氣檢測收集單元對輸出的油氣進行檢測和收集，并將所檢測的結果反饋至上位機，完成微波富油煤熱解實時監測與智能調控工作。

31、與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

32、本發明提供了一種微波富油煤熱解實時監測與智能調控系統，將富油煤樣放置在石英熱解管內，通過微波加熱的方式實現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行調控，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行檢測，稱重單元能夠對富油煤樣在熱解過程的質量變化進行實時監測，大大提高了對富油煤樣的熱解監控準確性；本發明通過上位機進行智能調控，可以根據實時監測的數據，自動調整微波加熱功率、氣體流量等參數，以優化熱解效果，確保產物質量和產量，大大提升富油煤的加熱效率和熱量傳遞穩定性。

33、進一步的，微波測溫單元通過微波發射裝置發射微波信號，并由殘余微波接收裝置接收反射回來的信號，從而實現對富油煤樣的溫度測量，避免了傳統接觸式測溫方法可能帶來的誤差和安全隱患。微波發射與接收信號一體化分析裝置能夠實時接收并處理微波信號，從而實現對被測物體溫度的實時監測，有助于及時發現并糾正溫度偏差，確保生產過程的穩定性和產品質量。通過測量微波發射與接收能量之間的差值，并結合煤樣的介電常數、介電損耗因子和比熱容等關鍵物理參數，系統基于實驗標定的溫度-微波能量關系模型，實現對煤樣的高精度測量與實時監控。

34、進一步的，聲波檢測件能夠持續向煤樣發射聲波并接收反射信號，聲發射-波速一體化分析儀則能夠實時處理這些信號并輸出檢測結果，有助于及時發現煤樣在微波加熱過程中的潛在損傷問題，為生產過程的優化提供了有力支持。在微波作用下，富油煤樣因熱損傷釋放彈性波信號，信號通過聲波波導桿傳遞至聲波探頭，隨后由聲發射-波速一體化分析儀對信號進行處理，提取聲發射特征參數和縱波波速信號。通過分析聲發射信號和波速信號的變化規律，系統可實時監測煤樣的熱損傷狀態，為富油煤熱解過程提供精準監控和評估支持。

35、進一步的，金屬微波屏蔽箱能夠阻擋微波對稱重單元的干擾，確保稱重結果的準確性。其次，金屬微波屏蔽箱還能起到保護稱重單元的作用，防止其因長時間暴露在微波輻射下而受損或性能下降。

36、更進一步的，?在微波加熱過程中，富油煤樣質量隨著加熱時間增加而發生變化，通過熱重連接桿將煤樣的質量變化信息高效傳遞至熱重稱量裝置，實時記錄煤樣質量的動態變化，實現對熱解過程中質量損失的精準監控與分析。

37、進一步的，進氣質量流量計能夠實時監測并精確控制進入石英熱解管的氣體流量，確保氣體供應的穩定性和準確性。通過精確控制氣體流量，可以確保石英熱解管內的氣體供應充足且穩定，從而提高了微波加熱裝置的加熱效率。

38、進一步的，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，集氣質量流量計能夠實時監測從石英熱解管中釋放出的氣體流量，確保油氣分析的準確性和可靠性。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量。

39、本發明還提供了一種微波富油煤熱解實時監測與智能調控方法，通過稱重單元實時記錄煤樣質量的動態變化，可以精確掌握富油煤在熱解過程中的質量損失情況，從而及時調整加熱條件，確保熱解效率的最大化。微波測溫單元能夠實時監測煤樣的溫度，確保熱解過程在最佳溫度范圍內進行，避免了因溫度過高或過低而導致的熱解效率低下或資源浪費，氣體輸出單元根據熱解條件精確輸入所需氣氛有助于優化熱解過程，提高油氣的產率和品質。富油煤損傷檢測單元能夠監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據，有助于深入理解熱解機理，優化熱解工藝。油氣檢測收集單元能夠精確檢測和收集熱解過程中產生的油氣，為后續的產品分離、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，為產品質量控制提供依據。