一种煤矸石资源化综合利用系统

摘要

本发明公开了一种煤矸石资源化综合利用系统，包括分级封闭锤式破碎机、破碎监控模块、控制器、报警模块、废气监控模块、废气分析模块和判断模块；分级封闭锤式破碎机用于对煤矸石和废旧阴极炭块进行破碎，直至粒径为20～40mm，得到对应的原始粉料；破碎监控模块用于监测破碎处理之后的原始粉料质量，使其破碎更彻底，提高利用效率；废气监控模块用于监测混合粉料在氧化气氛下氧化燃烧过程中产生的废气气体信息，废气分析模块用于对废气气体信息进行分析，得到废气气体质量浓度；判断模块用于判定废气气体的质量浓度是否超标，及时预警，并控制废气处理装置运行，对废气进行处理，提高资源利用率，保护环境。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矸石加工技术领域，具体为一种煤矸石资源化综合利用系统。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钻)。

公告号CN107986281A的文件公开了一种煤矸石废料的利用方法，其具体步骤为：将煤矸石和废旧阴极炭块粉粹成粉状，干燥后按一定的比例配料，使用强碱液除去混料中的碱性可溶杂质，热水洗涤至中性，干燥后在惰性或还原性气氛下，加热至1400-1700℃，保温一段时间后得到含碳化硅的混合粉料，然后将粉料在氧化气氛下氧化燃烧除去残余炭粉，将得到的粉体分散于氢氟酸中除去残余二氧化硅，清洗干燥后即可得到碳化硅粉体。本发明所得碳化硅产品纯度高，粒径小，具有极高的工业运用价值。同时，以工业的固体废弃物煤矸石和废旧阴极炭块为原料，在降低废物污染，保护环境及资源回收利用方向具有积极意义。

但是上述方案不能对煤矸石和废旧阴极炭块加工的具体过程进行监测调节，也没有对加工过程中的污染进行处理；所以上述方案仍需进一步改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种煤矸石资源化综合利用系统。本发明通过破碎监控模块对破碎处理之后的原始粉料质量进行监测，有助于直观的显示煤矸石和废旧阴极炭块破碎处理之后的质量，使其破碎更彻底，提高利用效率；通过废气监控模块监测混合粉料在氧化气氛下氧化燃烧过程中产生的废气气体信息，废气气体的质量浓度做出相应的提示，及时预警，对废气进行处理，保护环境，提高工作效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种煤矸石资源化综合利用系统，包括分级封闭锤式破碎机、破碎监控模块、控制器、报警模块、显示模块、废气监控模块、废气分析模块和判断模块；

所述分级封闭锤式破碎机用于对煤矸石和废旧阴极炭块进行破碎，直至粒径为20～40mm，得到对应的原始粉料；

所述破碎监控模块用于监测破碎处理之后的原始粉料质量，具体监测步骤为：

S1：通过高清摄像头实时拍摄经过破碎处理之后的原始粉料图像；

S2：获取大颗粒比例系数K1；

S3：将大颗粒比例系数K1与预设系数阈值相比较；

当大颗粒比例系数K1≥预设系数阈值时，则判定破碎不彻底，生成破碎异常指令；

所述破碎监控模块用于将破碎异常指令传输至控制器，所述控制器接收破碎异常指令后控制报警模块发出警报，并在显示模块实时显示“破碎异常”字眼；

所述废气监控模块用于监测混合粉料在氧化气氛下氧化燃烧过程中产生的废气气体信息，并将废气气体信息传输至废气分析模块；

所述废气分析模块用于接收废气监控模块传输的废气气体信息并对废气气体信息进行分析，得到废气气体质量浓度Z1；所述废气分析模块用于将废气气体质量浓度Z1传输至判断模块；

数据库内存储有各种废气气体允许排放的浓度范围，所述数据库用于将各种废气气体允许排放的浓度范围传输到判断模块，所述判断模块接收数据库传输的各种废气气体允许排放的浓度范围并将废气气体的质量浓度与各种废气气体允许排放的浓度范围进行比较，判定废气气体的质量浓度是否超标。

进一步地，步骤S2中获取大颗粒比例系数K1；具体步骤包括：

S21：将原始粉料图像转化成灰度图像，并通过图像预处理将灰度图像转化成标准图像；所属图像预处理包括高斯滤波、图像分割和图像增强；

S22：获取标准图像中像素点总数；并将其标记为X1；

S23：对标准图像中的各像素点进行识别，识别出对应的异常像素点；包括：

S231：首先将标准图像中像素点的灰度值标记为H1；

S232：再将各像素点的灰度值与设定的标准粉末灰度值参数做差分运算，得到差分结果并标记为C1；

S233：若差分结果C1小于等于预设差分阈值，则认为该像素点为正常粉末像素点；

如果差分结果C1大于预设差分阈值，则认为该像素点为异常像素点；

S24：在识别出的异常像素点中确定出对应的大颗粒像素点；包括：

S241：对标准图像中的像素点由左向右、由上向下逐行扫描，记录每个异常像素点的坐标并标记为(Xi，Yi)；

S242：检查与点(Xi，Yi)相邻的点(Xi-1，Yi)、(Xi+1，Yi)、(Xi，Yi-1)、(Xi，Yi+1)、(Xi-1，Yi-1)、(Xi+1，Yi-1)、(Xi-1，Yi+1)、(Xi+1，Yi+1)是否为异常像素点；

如果相邻点仍然为异常像素点，则所有相邻的异常像素点构成一个大颗粒物料；将大颗粒物料对应的像素点标记为大颗粒像素点；

如果相邻点均不是异常像素点，则将该异常像素点标记为特异像素点；

S25：统计大颗粒像素点总数并将其标记为X2；统计特异像素点总数并将其标记为X3；

S26：利用公式K1＝α×X2/(X1-X3)获取得到大颗粒比例系数K1，其中α为预设比例系数。

进一步地，所述混合粉料为原始粉料经：混合-强碱液去碱性-洗涤-干燥加热制得；所述废气气体信息包括废气气体分子量信息、废气气体温度信息、废气气体压强信息以及废气气体体积浓度信息。

进一步地，所述废气分析模块的具体分析过程如下：

步骤一：获取废气气体信息内的废气气体分子量信息，将废气气体分子量信息标记为M1；

获取废气气体信息内的废气气体温度信息，将废气气体温度信息标记为T1；

获取废气气体信息内的废气气体压强信息，将废气气体压强信息标记为P1；

获取废气气体信息内的废气气体体积浓度信息，将废气气体体积浓度信息标记为ppm；

步骤二：根据气体质量浓度的计算式将废气气体体积浓度转化成废气气体的质量浓度Z1，所述气体质量浓度的计算式为：

Z1＝(M1/22.4)×[273/(273+T1)]×[P1/101325]×ppm。

进一步地，所述判断模块的具体判定过程如下：

SS1：根据数据库传输的各种废气气体允许排放的浓度范围，将各种废气气体允许排放的浓度范围Ri，i＝1，...，n；其中i表示第i种废气；

SS2：将废气气体的质量浓度Z1与对应的Ri进行对比，判定废气气体的质量浓度是否超标；

当Z1

当Z1≥Ri时，则判定该废气气体的质量浓度超标，生成预警信号；

所述判断模块用于将预警信号传输至控制器，所述控制器用于接收预警信号后控制报警模块发出警报，并控制废气处理装置运行，对废气进行处理。

本发明的有益效果是：

1、本发明中分级封闭锤式破碎机用于对煤矸石和废旧阴极炭块进行破碎，直至粒径为20～40mm，得到对应的原始粉料；破碎监控模块用于监测破碎处理之后的原始粉料质量；通过高清摄像头实时拍摄经过破碎处理之后的原始粉料图像，将原始粉料图像转化成灰度图像，并通过图像预处理将灰度图像转化成标准图像，对标准图像中的各像素点进行识别，识别出对应的异常像素点，在识别出的异常像素点中确定出对应的大颗粒像素点；统计大颗粒像素点总数，利用公式K1＝α×X2/(X1-X3)获取得到大颗粒比例系数K1，当大颗粒比例系数K1≥预设比例系数时，则判定破碎不彻底，生成破碎异常指令；有助于直观的显示煤矸石和废旧阴极炭块破碎处理之后的质量，使其破碎更彻底，提高利用效率；

2、本发明中原始粉料经：混合-强碱液去碱性-洗涤-干燥加热制得混合粉料，废气监控模块用于监测混合粉料在氧化气氛下氧化燃烧过程中产生的废气气体信息，并将废气气体信息传输至废气分析模块，废气分析模块对废气气体信息进行分析，获取得到废气气体质量浓度Z1，当Z1≥Ri时，则判定该废气气体的质量浓度超标，生成预警信号；控制器用于接收预警信号后控制报警模块发出警报，并控制废气处理装置运行，对废气进行处理，提高资源利用率，保护环境。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种煤矸石资源化综合利用系统，包括分级封闭锤式破碎机、破碎监控模块、控制器、报警模块、显示模块、废气监控模块、废气分析模块和判断模块；

分级封闭锤式破碎机用于对煤矸石和废旧阴极炭块进行破碎，直至粒径为20～40mm，得到对应的原始粉料；

破碎监控模块用于监测破碎处理之后的原始粉料质量，具体监测步骤为：

S1：通过高清摄像头实时拍摄经过破碎处理之后的原始粉料图像；

S2：获取大颗粒比例系数K1；具体步骤包括：

S21：将原始粉料图像转化成灰度图像，并通过图像预处理将灰度图像转化成标准图像；所属图像预处理包括高斯滤波、图像分割和图像增强；

S22：获取标准图像中像素点总数；并将其标记为X1；

S23：对标准图像中的各像素点进行识别，识别出对应的异常像素点；包括：

S231：首先将标准图像中像素点的灰度值标记为H1；

S232：再将各像素点的灰度值与设定的标准粉末灰度值参数做差分运算，得到差分结果并标记为C1；

S233：若差分结果C1小于等于预设差分阈值，则认为该像素点为正常粉末像素点；

如果差分结果C1大于预设差分阈值，则认为该像素点为异常像素点；

S24：在识别出的异常像素点中确定出对应的大颗粒像素点；包括：

S241：对标准图像中的像素点由左向右、由上向下逐行扫描，记录每个异常像素点的坐标并标记为(Xi，Yi)；

S242：检查与点(Xi，Yi)相邻的点(Xi-1，Yi)、(Xi+1，Yi)、(Xi，Yi-1)、(Xi，Yi+1)、(Xi-1，Yi-1)、(Xi+1，Yi-1)、(Xi-1，Yi+1)、(Xi+1，Yi+1)是否为异常像素点；

如果相邻点仍然为异常像素点，则所有相邻的异常像素点构成一个大颗粒物料；将大颗粒物料对应的像素点标记为大颗粒像素点；

如果相邻点均不是异常像素点，则将该异常像素点标记为特异像素点；

S25：统计大颗粒像素点总数并将其标记为X2；统计特异像素点总数并将其标记为X3；

S26：利用公式K1＝α×X2/(X1-X3)获取得到大颗粒比例系数K1，其中α为预设比例系数；

S3：将大颗粒比例系数K1与预设系数阈值相比较；

当大颗粒比例系数K1≥预设系数阈值时，则判定破碎不彻底，生成破碎异常指令；

破碎监控模块用于将破碎异常指令传输至控制器，控制器接收破碎异常指令后控制报警模块发出警报，并在显示模块实时显示“破碎异常”字眼，方便工作人员进行处理；

破碎监控模块对破碎处理之后的原始粉料质量进行监测，有助于直观的显示煤矸石和废旧阴极炭块破碎处理之后的质量，使其破碎更彻底，提高利用效率；

废气监控模块用于监测混合粉料在氧化气氛下氧化燃烧过程中产生的废气气体信息，并将废气气体信息传输至废气分析模块；混合粉料为原始粉料经：混合-强碱液去碱性-洗涤-干燥加热制得；废气气体信息包括废气气体分子量信息、废气气体温度信息、废气气体压强信息以及废气气体体积浓度信息；

废气分析模块用于接收废气监控模块传输的废气气体信息并对废气气体信息进行分析，具体分析过程如下：

步骤一：获取废气气体信息内的废气气体分子量信息，将废气气体分子量信息标记为M1；

获取废气气体信息内的废气气体温度信息，将废气气体温度信息标记为T1；

获取废气气体信息内的废气气体压强信息，将废气气体压强信息标记为P1；

获取废气气体信息内的废气气体体积浓度信息，将废气气体体积浓度信息标记为ppm；

步骤二：根据气体质量浓度的计算式将废气气体体积浓度转化成废气气体的质量浓度Z1，气体质量浓度的计算式为：

Z1＝(M1/22.4)×[273/(273+T1)]×[P1/101325]×ppm

废气分析模块用于将废气气体质量浓度Z1传输至判断模块；

其中，数据库内存储有各种废气气体允许排放的浓度范围，数据库用于将各种废气气体允许排放的浓度范围传输到判断模块，判断模块接收数据库传输的各种废气气体允许排放的浓度范围并将废气气体的质量浓度与各种废气气体允许排放的浓度范围进行比较，判定废气气体的质量浓度是否超标，具体的判定过程如下：

SS1：根据数据库传输的各种废气气体允许排放的浓度范围，将各种废气气体允许排放的浓度范围Ri，i＝1，...，n；其中i表示第i种废气；

SS2：将废气气体的质量浓度Z1与对应的Ri进行对比，判定废气气体的质量浓度是否超标；

当Z1

当Z1≥Ri时，则判定该废气气体的质量浓度超标，生成预警信号；

判断模块用于将预警信号传输至控制器，控制器用于接收预警信号后控制报警模块发出警报，并控制废气处理装置运行，对废气进行处理，提高资源利用率，保护环境。

本发明的工作原理是：

一种煤矸石资源化综合利用系统，在工作时，分级封闭锤式破碎机用于对煤矸石和废旧阴极炭块进行破碎，直至粒径为20～40mm，得到对应的原始粉料；破碎监控模块用于监测破碎处理之后的原始粉料质量；通过高清摄像头实时拍摄经过破碎处理之后的原始粉料图像，将原始粉料图像转化成灰度图像，并通过图像预处理将灰度图像转化成标准图像，对标准图像中的各像素点进行识别，识别出对应的异常像素点，在识别出的异常像素点中确定出对应的大颗粒像素点；统计大颗粒像素点总数，利用公式K1＝α×X2/(X1-X3)获取得到大颗粒比例系数K1，当大颗粒比例系数K1≥预设比例系数时，则判定破碎不彻底，生成破碎异常指令；控制器接收破碎异常指令后控制报警模块发出警报，并在显示模块实时显示“破碎异常”字眼，方便工作人员进行处理；破碎监控模块对破碎处理之后的原始粉料质量进行监测，有助于直观的显示煤矸石和废旧阴极炭块破碎处理之后的质量，使其破碎更彻底，提高利用效率；

原始粉料经：混合-强碱液去碱性-洗涤-干燥加热制得混合粉料，废气监控模块用于监测混合粉料在氧化气氛下氧化燃烧过程中产生的废气气体信息，并将废气气体信息传输至废气分析模块，废气分析模块对废气气体信息进行分析，结合废气气体分子量信息、废气气体温度信息、废气气体压强信息和废气气体体积浓度信息；利用公式Z1＝(M1/22.4)×[273/(273+T1)]×[P1/101325]×ppm获取得到废气气体质量浓度，当Z1≥Ri时，则判定该废气气体的质量浓度超标，生成预警信号；控制器用于接收预警信号后控制报警模块发出警报，并控制废气处理装置运行，对废气进行处理，提高资源利用率，保护环境。

上述公式均是由采集大量数据进行软件模拟及相应专家进行参数设置处理，得到与真实结果符合的公式。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。