[发明专利]煤质在线分析方法

说明书

采用分子光谱和等离子体光谱结合多元分析新技术，研发一种新型煤质在线分析方法，实现安全、准确和同时在线测量发热量、水分、固定碳、挥发分、灰分、硫含量、无机元素等关键指标。

技术领域

本发明涉及一种煤质在线分析系统，属于煤质在线检测领域。

背景技术

燃煤占火电厂发电成本70%以上，燃煤质量也是影响电厂安全经济运行的关键因素。燃煤关键指标包括：发热量、挥发分、硫含量、灰分、水分、固定碳、无机元素等。目前电厂煤质分析成本高（仪器和人力），费时（约8小时），检测结果严重滞后于锅炉燃烧运行操作，不利于优化生产。因此，电厂在燃煤热量、石灰石利用，降低冷渣和除尘负荷，排放达标等方面存在着巨大的改进空间，潜在着可观的经济效益和社会效益。

煤质在线分析一直备受电力行业关注。国外已有中子活化分析技术，适合在线测量无机元素，因安全问题在国内很少应用。近年来，激光诱导击穿光谱（LIBS）煤质分析研究的报道很多，适合分析元素，但受制样技术限制，还没有成功用于工业在线分析的先例。根据分析原理，它们均不适合分析发热量，挥发分，水分和灰分等指标。为此，采用分子光谱和等离子体光谱结合多元分析新技术，研发一种新型煤质在线分析方法，实现安全、准确和同时在线测量发热量、水分、固定碳、挥发分、灰分、硫含量、无机元素等关键指标。此项技术对提高电厂生产技术水平和经济效益具有重要实际意义，实现现场传送带运送入炉的煤粒关键性质实施非接触测量。

发明内容

燃煤的发热量、水分、挥发分等指标是由煤中的化合物（化学能）决定，而不是由元素决定的。通过对煤粒分子光谱进行分析，在1333-1538nm范围CH第一组合频区，2100-2500nm为CH第一组合频区，1923nm波段为分子水中羟基的伸缩和弯曲振动组合频，即分子光谱含有煤粒组成和结构的信息。

激光诱导击穿光谱（LIBS）产生于激光照射煤样，照射区样品表面部分被激发为等离子体，等离子激发态消退时，发射出等离子体光谱。因此，LIBS光谱适合检测煤中的无机元素。

所以，将分子光谱和LIBS光谱结合起来，用于煤质全部性质的在线测量。

煤粒的黑色、颗粒不均匀性、煤粒晶面对光的强烈反射，煤粒表面高度起伏波动都会造成煤粒光谱产生严重影响。因此，去除煤粒光谱中与化学组成无关的光谱噪声，是实现煤质在线分析的关键技术之一。本专利采用S-G导数，SNV，MSC等方法处理基础上，进行光谱降噪；通过向量技术和投影技术等，解决煤粒表面高度起伏波动的光程影响，显著水分变化的影响等信息处理难题。

采用系列信息处理技术对上述煤粒光谱进行处理，然后使用多元分析方法偏最小二乘（PLS）算法将光谱与被测关键性质的参考数据进行了关联，建立了快速预测模型，实现煤质全部性质的在线测定。预测值与实际值的统计标准偏差不大于目前相应国家标准方法规定的再现性误差要求。同时，光谱法具有无损、快速、同时测定多种性质的特点；对实现现场对传送带运送入炉的煤粒关键性质实施非接触测量成为可能。

附图说明

图1是煤光谱与发热量的线性相关曲线；

图2是煤的LIBS光谱；

图3是硫元素的LIBS光谱图。

具体实施方式

研究一种安全，同时能准确检测发热量、水分、挥发分、固定碳、灰分、金属元素、硫、灰熔点等的在线光谱分析系统。

研究表明分子光谱能够直接反映发热量、水分、挥发分、固定碳、灰分的信息，图1是煤光谱与发热量的线性相关曲线。因此，可以作为测定发热量、水分、挥发分等指标的信息。图2是煤的LIBS光谱，含有丰富的无机元素信息。图3是硫元素的LIBS光谱图。因此，提出分子光谱结合等离子体光谱，采用多元分析技术，研究实现煤质全性质的准确测量方法。

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