一种煤矸石改性活化装置的控制系统的制作方法

1.本发明涉及涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种煤矸石改性活化装置的控制系统。


背景技术：

2.煤矸石属于煤炭开采过程中产生的固体废弃物，每年的产量大约5～ 6亿吨，在堆积和存放过程中，占压大量土地，且容易自燃，对环境带来严重危害。
3.若要彻底解决煤矸石资源化利用，当务之急是解决煤矸石的活化难题。现有技术中，不存在适用于工业化生产的煤矸石活化装置，也不存在相应的控制系统。因此，如何设计控制系统以控制煤矸石智能改性活化装置的工作过程，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种煤矸石改性活化装置的控制系统，用以解决现有技术中缺乏针对煤矸石改性活化装置的控制系统的问题。
5.本发明提供的一种煤矸石改性活化装置的控制系统，所述控制系统包括控制器，以及与所述控制器相连的闸门控制组件；所述装置包括倾斜设置的箱体，所述箱体上设置有微波发生器和空压机；其中，
6.所述控制器通过所述闸门控制组件控制所述箱体的上矸闸门、下矸闸门的打开和关闭；
7.所述控制器还通过微波发生器控制指令，控制所述微波发生器工作或停止；当所述微波发生器启动时，在所述箱体内部形成微波场，用于对煤矸石进行加热；
8.所述控制器还通过空压机控制指令，控制所述空压机启动或停止；当所述空压机启动时，在所述箱体内部形成风场，用于增强微波的能流密度。
9.在上述方案的基础上，本发明还进行了如下改进：
10.进一步，所述控制系统还包括料位开关，所述料位开关与所述控制器相连；
11.所述料位开关，用于对所述箱体内的煤矸石物料进行料位检测；
12.当所述料位开关检测到所述箱体内无煤矸石物料时，生成无物料信号，并将所述无物料信号发送至所述控制器；
13.当所述料位开关检测到所述箱体内煤矸石物料装满时，生成物料装满信号，并将所述物料装满信号发送至所述控制器。
14.进一步，所述控制器向所述闸门控制组件发送闸门控制指令，所述闸门控制组件基于所述闸门控制指令控制所述箱体的上矸闸门、下矸闸门的打开和关闭；
15.所述闸门控制指令包括上矸闸门打开控制指令、上矸闸门关闭控制指令、下矸闸门打开控制指令及下矸闸门关闭控制指令；
16.当所述控制器接收到所述无物料信号时，所述控制器向所述闸门控制组件发送下矸闸门关闭控制指令；
17.所述闸门控制组件基于所述下矸闸门关闭控制指令关闭所述下矸闸门、并向所述控制器反馈下矸闸门关闭到位信号；
18.所述控制器在接收到所述下矸闸门关闭到位信号后，向所述闸门控制组件发送上矸闸门打开控制指令；
19.所述闸门控制组件基于所述上矸闸门打开控制指令打开所述上矸闸门、并向所述控制器反馈上矸闸门打开到位信号。
20.进一步，所述微波发生器控制指令包括微波发生器启动控制指令；
21.当所述控制器接收到所述料位开关发出的物料装满信号时：
22.所述控制器向所述闸门控制组件发送上矸闸门关闭控制指令；
23.所述闸门控制组件基于所述上矸闸门关闭控制指令关闭所述上矸闸门、并向所述控制器反馈上矸闸门关闭到位信号；
24.所述控制器在接收到所述上矸闸门关闭到位信号后，向所述微波发生器发送所述微波发生器启动控制指令；
25.所述微波发生器基于所述微波发生器启动控制指令启动所述微波发生器。
26.进一步，所述空压机控制指令包括空压机启动控制指令；
27.所述控制器在接收到所述上矸闸门关闭到位信号后，还向所述空压机发送所述空压机启动控制指令；
28.所述空压机基于所述空压机启动控制指令启动所述空压机。
29.进一步，所述控制系统还包括温度传感器，所述温度传感器与所述控制器相连；
30.所述温度传感器，用于采集所述箱体内的温度，并将采集到的温度反馈至所述控制器。
31.进一步，所述微波发生器控制指令还包括保温控制指令、微波发生器关闭控制指令，所述空压机控制指令还包括空压机关闭控制指令；
32.当所述控制器检测到所述温度达到预定温度时，向所述微波发生器发送所述保温控制指令，并计时保温时长；
33.所述微波发生器基于所述保温控制指令控制所述微波发生器处于保温模式，使所述箱体内的温度维持在所述预定温度；
34.当所述保温时长达到预设保温时长时，所述控制器向所述微波发生器发送所述微波发生器关闭控制指令，向所述空压机发送所述空压机关闭控制指令，还向所述闸门控制组件发送下矸闸门打开控制指令；
35.所述微波发生器基于所述微波发生器关闭控制指令关闭所述微波发生器；
36.所述空压机基于所述空压机关闭控制指令关闭所述空压机；
37.所述闸门控制组件基于所述下矸闸门打开控制指令打开所述下矸闸门。
38.进一步，所述控制系统还包括冷淬处理设备控制组件，所述冷淬处理设备控制组件与所述控制器相连；所述装置还包括冷淬处理设备；
39.当所述保温时长达到预设保温时长时，所述控制器还向所述冷淬处理设备控制组件发送冷淬处理设备启动控制指令；
40.所述冷淬处理设备控制组件基于所述冷淬处理设备启动控制指令控制所述冷淬处理设备运行；
41.所述冷淬处理设备控制组件，用于当所述下闸门打开时，控制冷淬处理设备冷却所述箱体输出的改性活化后的煤矸石物料；
42.当所述控制器在接收到所述无物料信号时，所述控制器还向所述冷淬处理设备控制组件发送冷淬处理设备停止控制指令；
43.所述冷淬处理设备控制组件基于所述冷淬处理设备停止控制指令控制所述冷淬处理设备停止运行。
44.进一步，所述控制系统还包括下运料皮带控制组件及运料检测组件，下运料皮带控制组件及运料检测组件均与所述控制器相连；所述装置还包括下运料皮带；
45.所述下运料皮带控制组件，用于控制下运料皮带传输冷却后及改性活化后的煤矸石物料；
46.所述运料检测组件，用于当检测到所述下运料皮带上无物料时，生成运料皮带停用信号；
47.当所述保温时长达到预设保温时长时，所述控制器还向所述下运料皮带控制组件发送下运料皮带启动控制指令；
48.所述下运料皮带控制组件基于所述下运料皮带启动控制指令控制所述下运料皮带运行；
49.当所述控制器接收到所述运料皮带停用信号时，向所述下运料皮带控制组件发送下运料皮带停止控制指令；
50.所述下运料皮带控制组件基于所述下运料皮带停止控制指令控制所述下运料皮带停止运行。
51.进一步，所述控制系统还包括上矸皮带控制组件，所述上矸皮带控制组件与所述控制器相连；所述装置还包括上矸皮带；
52.所述上矸皮带控制组件，用于当所述上矸闸门打开时，控制上矸皮带将待处理的煤矸石物料运送至所述箱体；
53.所述控制器在接收到所述上矸闸门打开到位信号后，向所述上矸皮带控制组件发送上矸皮带运行控制指令；
54.所述上矸皮带控制组件基于所述上矸皮带运行控制指令控制所述上矸皮带运行；
55.所述控制器在接收到所述物料装满信号时，还向所述上矸皮带控制组件发送上矸皮带停止运行控制指令；
56.所述上矸皮带控制组件基于所述上矸皮带停止运行控制指令控制所述上矸皮带停止运行。
57.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
58.本发明提供的煤矸石改性活化装置的控制系统，能够实现对于煤矸石改性活化装置的精确、可靠、实时、智能控制，解决了现有技术中缺乏针对煤矸石改性活化装置的控制系统的问题，填补了该技术领域的技术空白。
59.煤矸石改性活化装置的控制系统能够实现煤矸石改性活化装置的全流程自动控制，能够有效减轻相关工作人员的工作压力，提升装置运行效率，便于实现工业化。
60.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而
易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
61.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
62.图1为本发明实施例中的煤矸石改性活化装置结构示意图；
63.图2为本发明实施例中的煤矸石改性活化装置的控制系统；
64.附图标记：
65.1-下运料皮带；2-活化矸石漏斗；3-喷水冷淬装置；4-下矸闸门；5
‑ꢀ
第一液压油缸；6-闸门控制组件；7-压力安全阀；8-第二液压油缸；9-上矸闸门；10-微波发生器；11-箱体；12-扩散管；13-上矸皮带；14-外层； 15-中层；16-内层；17-前支柱；18-地角螺栓；19-前侧螺旋波导管；20
‑ꢀ
间距透空护板；21-箱体底座；22-后侧螺旋波导管；23-后支柱；24-控制器；25-空压机；26-支撑件。
具体实施方式
66.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
67.本发明的一个具体实施例，公开了一种煤矸石改性活化装置，结构示意图如图1所示，主要包括倾斜设置的箱体11，示例性地，箱体11与水平地面之间形成的倾斜角度为35
°‑
85
°
，从而能够实现煤矸石自动装料和在重力作用下自动出料。箱体11通过前支柱17和后支柱23固定于地面上，前支柱17和后支柱23的上端均通过箱体底座21与箱体11固定连接，下端通过地角螺栓18与地面进行固定连接。本实施例中，箱体 11的内层16是由304不锈钢板构成，中层15是由氧化铝纤维构成，外层14是由金属材料构成，也可采用其他适合的材料。箱体11可加工成长方体、正方体、圆柱体、多面体、圆台体等，在此不做具体限定。
68.箱体11上设有压力安全阀7、空压机25(示例性地，如微型空压机) 和微波发生器10，箱体11内设有微波均布的扩散管12(可称为微波均布的扩散管)，扩散管12通过支撑件26安装于箱体11的内部，且微波均布扩散管12与中部安装的空压机25相连，微波均布扩散管12在进气端和出气端均设置有防微波泄露网以保证装置的安全性。微波均布扩散管12的直径方向设置成带有切向的布风孔，布孔率占50％-80％。箱体 11采用空压机与扩散管12相连，作为风力源，在风力作用下使箱体11 内部自动形成一种旋转风场，以增强微波的能流密度，进一步加快微波对煤矸石作用的均匀度与强度，提高微波对煤矸石的穿透能力以及加大煤矸石内部与外表分子的振动、摩擦、发热，来满足快速升温的目的，从而扩大了处理量，实时排除在物料加热过程中形成的水蒸气和其他气体，减少箱体内部因加热过程中所产生的气体对箱体的压力，保障实现煤矸石活化的工业化生产。
69.考虑搭配箱体11的底部容易沉积物料，同时在加热过程中，物料中的部分物质容易液化、液化后的物质会聚集在箱体的顶部，因此，在实际工作时，箱体11内的两侧相对设置有导波管，导波管优选螺旋状，因此，将设置在箱体前侧的导波管称为前侧螺旋导波管19，将设置在箱体后侧的导波管称为后侧螺旋导波管22，且前、后侧的螺旋导波管均与微波
发生器10相连，形成一个旋转的微波场，以保障微波对物料的垂直方向的作用；并最大限度地减少加工物料所消耗的微波功率，以增强微波对煤矸石的加热能力和提高工作效率。螺旋导波管的材料，开口的形状、方向、尺寸、位置等可根据实际生产需要进行选择，在此不做具体限定。
70.微波均布扩散管12的上下两侧、微波均布扩散管12与导波管之间均设置有间距透空护板20，布孔率85％左右，微波均布扩散管12、间距透空护板20均与所述箱体的底面平行；间距透空护板20可以保证物料与导波管的合理作用距离(3cm
–
5cm)，在微波场中创造微波与物料间的良好传导环境。
71.作为优选，箱体11上还设有压力安全阀7，压力安全阀7用于当箱体11内部压力达到限定值时自动开启释放压力；以保证箱体内部的稳定性。
72.作为优选，上述装置还可以包括上矸皮带13、冷淬处理设备(包括活化矸石漏斗2和喷水冷淬装置3)、下运料皮带1，上矸皮带13用于将物料运送至箱体11，活化矸石漏斗2用于接收来自箱体11的物料，并下料至下运料皮带1，喷水冷淬装置3用于对活化矸石漏斗2接收的物料进行喷水冷淬处理。
73.基于本实施例中的煤矸石改性活化装置，本实施例设计了如下煤矸石改性活化装置的控制系统，结构示意图如图2所示，控制系统包括控制器，以及与所述控制器相连的闸门控制组件为便于对煤矸石改性活化装置进行控制，可将控制器24设置在装置的前支柱17上，将闸门控制组件6设置在箱体11上；其中，
74.所述控制器通过所述闸门控制组件控制所述箱体的上矸闸门、下矸闸门的打开和关闭；示例性地，闸门控制组件可选用第一液压油缸5和第二液压油缸8，此时，上矸闸门9和下矸闸门4分别通过第二液压油缸8和第一液压油缸5与箱体11形成铰链连接机构，实现上矸时自动闭锁；并通过液压油缸中的液压锁、微动限位开关与电磁阀联动控制，实现上矸闸门、下矸闸门的打开和关闭；
75.所述控制器还通过微波发生器控制指令，控制所述微波发生器工作或停止；当所述微波发生器启动时，在所述箱体内部形成微波场，用于对煤矸石进行加热；
76.所述控制器还通过空压机控制指令，控制所述空压机启动或停止；当所述空压机启动时，在所述箱体内部形成风场，用于增强微波的能流密度。
77.优选地，所述控制系统还包括料位开关，所述料位开关与所述控制器相连；
78.所述料位开关，用于对所述箱体内的煤矸石物料进行料位检测；
79.当所述料位开关检测到所述箱体内无煤矸石物料时，生成无物料信号，并将所述无物料信号发送至所述控制器；
80.当所述料位开关检测到所述箱体内煤矸石物料装满时，生成物料装满信号，并将所述物料装满信号发送至所述控制器。
81.优选地，所述控制器向所述闸门控制组件发送闸门控制指令，所述闸门控制组件基于所述闸门控制指令控制所述箱体的上矸闸门、下矸闸门的打开和关闭；示例性地，所述闸门控制指令包括上矸闸门打开控制指令、上矸闸门关闭控制指令、下矸闸门打开控制指令及下矸闸门关闭控制指令；
82.当所述控制器接收到所述无物料信号时，所述控制器向所述闸门控制组件发送下矸闸门关闭控制指令；
83.所述闸门控制组件基于所述下矸闸门关闭控制指令关闭所述下矸闸门、并向所述控制器反馈下矸闸门关闭到位信号；
84.所述控制器在接收到所述下矸闸门关闭到位信号后，向所述闸门控制组件发送上矸闸门打开控制指令；
85.所述闸门控制组件基于所述上矸闸门打开控制指令打开所述上矸闸门、并向所述控制器反馈上矸闸门打开到位信号。
86.优选地，所述微波发生器控制指令包括微波发生器启动控制指令；
87.当所述控制器接收到所述料位开关发出的物料装满信号时：
88.所述控制器向所述闸门控制组件发送上矸闸门关闭控制指令；
89.所述闸门控制组件基于所述上矸闸门关闭控制指令关闭所述上矸闸门、并向所述控制器反馈上矸闸门关闭到位信号；
90.所述控制器在接收到所述上矸闸门关闭到位信号后，向所述微波发生器发送所述微波发生器启动控制指令；
91.所述微波发生器基于所述微波发生器启动控制指令启动所述微波发生器。此时，微波发生器按照预先设定的活化条件加热箱体内部。
92.优选地，所述空压机控制指令包括空压机启动控制指令；
93.所述控制器在接收到所述上矸闸门关闭到位信号后，还向所述空压机发送所述空压机启动控制指令；
94.所述空压机基于所述空压机器启动控制指令启动所述空压机。
95.当微波发生器和空压机都启动后，布置在煤矸石活化箱体的两侧不同角度或几何尺寸的螺旋导波管(材料，以及开口的形状、方向、尺寸、位置等的特殊结构)开始工作，形成一个旋转的微波场，以加强微波对物料的垂直方向的作用；空压机所产生的压缩气体实时排除在物料加热过程中形成的水蒸气和其他气体；减少箱体内部因加热过程中所产生的气体对箱体的压力；并最大限度地减少加工物料所消耗的微波功率，以增强微波对煤矸石的加热能力和提高工作效率。同时，通过控制系统对空压机的智能控制(控制加热箱与微波发生器的同步启动与停止)，最大化地提高煤矸石活化的处理能力。
96.优选地，所述控制系统还包括温度传感器，所述温度传感器与所述控制器相连；所述温度传感器，用于采集所述箱体内的温度，并将采集到的温度反馈至所述控制器。
97.优选地，所述微波发生器控制指令还包括保温控制指令、微波发生器关闭控制指令，所述空压机控制指令还包括空压机关闭控制指令；
98.当所述控制器检测到所述温度达到预定温度(优选800℃)时，向所述微波发生器发送所述保温控制指令，并计时保温时长；
99.所述微波发生器基于所述保温控制指令控制所述微波发生器处于保温模式；即，微波发生器启动之后先对箱体进行微波加热，当加热到预定温度之后对箱体进行保温，使所述箱体内的温度维持在所述预定温度。示例性地，可控制微波发生器采用间断工作的模式、或者较低的微波发射功率实现保温功能。
100.当所述保温时长达到预设保温时长(优选45分钟)时，所述控制器向所述微波发生器发送所述微波发生器关闭控制指令，向所述空压机发送所述空压机关闭控制指令，还向所述闸门控制组件发送下矸闸门打开控制指令；
101.所述微波发生器基于所述微波发生器关闭控制指令关闭所述微波发生器；
102.所述空压机基于所述空压机关闭控制指令关闭所述空压机；
103.所述闸门控制组件基于所述下矸闸门打开控制指令打开所述下矸闸门。
104.需要说明的是，本发明采用节能清洁环保的微波加热方式，通过在实验室设定各种交互影响条件，进行分析化验，最后得出最佳的煤矸石的活化温度(800℃)和保温时间(45分钟)，以此作为对煤矸石的加热设定依据。
105.优选地，所述控制系统还包括冷淬处理设备控制组件，所述冷淬处理设备控制组件与所述控制器相连；
106.所述冷淬处理设备控制组件，用于当所述下闸门打开时，控制冷淬处理设备冷却所述箱体输出的改性活化后的煤矸石物料；
107.当所述保温时长达到预设保温时长时，所述控制器还向所述冷淬处理设备控制组件发送冷淬处理设备启动控制指令；
108.所述冷淬处理设备控制组件基于所述冷淬处理设备启动控制指令控制所述冷淬处理设备运行；
109.当所述控制器在接收到所述无物料信号时，所述控制器还向所述冷淬处理设备控制组件发送冷淬处理设备停止控制指令；
110.所述冷淬处理设备控制组件基于所述冷淬处理设备停止控制指令控制所述冷淬处理设备停止运行。
111.优选地，所述控制系统还包括下运料皮带控制组件及运料检测组件，下运料皮带控制组件及运料检测组件均与所述控制器相连；
112.所述下运料皮带控制组件，用于控制下运料皮带传输冷却后及改性活化后的煤矸石物料；
113.所述运料检测组件，用于当检测到所述下运料皮带上无物料时，生成运料皮带停用信号；
114.当所述保温时长达到预设保温时长时，所述控制器还向所述下运料皮带控制组件发送下运料皮带启动控制指令；
115.所述下运料皮带控制组件基于所述下运料皮带启动控制指令控制所述下运料皮带运行；
116.当所述控制器接收到所述运料皮带停用信号时，向所述下运料皮带控制组件发送下运料皮带停止控制指令；
117.所述下运料皮带控制组件基于所述下运料皮带停止控制指令控制所述下运料皮带停止运行。
118.优选地，所述控制系统还包括上矸皮带控制组件，所述上矸皮带控制组件与所述控制器相连；
119.所述上矸皮带控制组件，用于当所述上矸闸门打开时，控制上矸皮带将待处理的煤矸石物料运送至所述箱体；
120.所述控制器在接收到所述上矸闸门打开到位信号后，向所述上矸皮带控制组件发送上矸皮带运行控制指令；
121.所述上矸皮带控制组件基于所述上矸皮带运行控制指令控制所述上矸皮带运行；
122.所述控制器在接收到所述物料装满信号时，还向所述上矸皮带控制组件发送上矸皮带停止运行控制指令；
123.所述上矸皮带控制组件基于所述上矸皮带停止运行控制指令控制所述上矸皮带停止运行。
124.优选地，所述控制系统还包括气体组分传感器，所述气体组分传感器与所述控制器相连；
125.所述气体组分传感器用于将气体组分分析结果发送至控制器，以便控制器基于所述气体组分分析结果判定脱硫脱硝是否启动。
126.本发明的控制系统工作流程如下：
127.接通电源，启动控制系统中的各部件；
128.控制器接收到物料开关发送的无物料信号后，控制下矸闸门关闭，开启上矸闸门，并启动上矸皮带，对箱体进行装料。
129.控制器接收到物料开关发送的物料装满信号后，控制关闭上矸闸门，并启动微波发生器，对箱体内部进行微波加热；同时启动空压机，在箱体内部形成旋转风场；当监控到箱体内的温度达到800℃时，保持800℃、并延时45分钟。在此过程中，当箱体内部压力达到限定值时，压力安全阀自动开启释放压力。在该过程中，还根据系统对气体组分的分析情况，智能判定脱硫脱硝是否启动。
130.延时45分钟后，控制器控制开启下矸闸门，与此同时，控制喷水冷淬装置开启、并启动下运料皮带，当箱体内的矸石放尽后，控制喷水冷淬装置停止工作，运料完毕控制皮带停止运转，开启上矸闸门；当箱体内的矸石放尽时，控制器再次接收到物料开关发送的无物料信号，并进入下一个工作循环。
131.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
132.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。