关键词：煤质检测；快速技术；应用
现在对煤炭的消耗量主要以发供电过程中所消耗的量较大，由于以往在发供电过程中无法正确的计算出实际的煤耗需要，因此在电厂管理上一旦存在漏洞，无法通过煤耗的偏差情况分析出来，从而造成电厂经济上损失。如果采用煤质在线分析系统，则可以准确的计算出发供电煤耗的需要，并通过煤耗偏差分析出管理上的漏洞，从而加强了电厂对能源的管理水平，同时正平衡运算数据，取得单位时间的煤质数据，可以有效的提高电厂的锅炉燃烧率，从而进一步达到节能增效、减排的效果，不仅有利于环境的保护，同时还为电厂经济效益的实现提供了技术基础。目前煤质检测技术已越来越受到国内电厂的关注，相信在不久的将来，煤质检测技术将在电厂广泛的使用。
一、概述
煤质检测对于煤炭合理利用有着不可忽略的重要作用。其具体内容包括煤炭采样和实验室的检测工作两个方面。煤质检测的主要任务是对煤的各种组分、成分特质等进行科学的分析评定，并将检测的结果记录下来，为煤炭的销售、生产、加工等提供可靠的数据支持。对于煤质检测而言，必须保证其检测的数据结果具有准确性、科学性以及合理性。对于煤质检测中运用的设备，同样有着严格的要求，其精确度要符合国家的相关规定，并对使用过程中的准确性进行现场控制。对于检测使用的实验室及其他附属设施同样也要符合国家的相关规定。
二、快速分析技术在煤质检测中的应用
1、红外测量技术分析。
（1）基本原理。在有机物及部分无机物分子中, 化学键结合的各种集团( 如C=C、N=C、O=C、O=H、N=H) 的运动( 伸缩、振动、弯曲等) 都有它固定的振动频率。当受到红外线照射时, 分子被激发而产生振动, 同时光的一部分能量被吸收, 测量其吸收光可以得到复杂的图谱, 这种图谱包含了被测物质的特征信息。被测物质的每一种成分都有特定的吸收特性, 就像每一个人都有唯一的指纹。通过图谱解析, 可以获得这种成分的含量。燃煤的某一种成分含量越高, 对特定波长的红外光吸收能力就越强。傅里叶变换光谱技术可以保证信号的稳定性, 减轻传统红外测量所遇到的噪声干扰问题; 而相对于单色光, 干涉光更能测量煤粉中的各种成分含量。所以, 对煤质的红外光谱分析是以傅里叶变换红外光谱干涉仪(FT-MIR) 为基础的。
（2）光谱的获得。煤粉预处理过程和试验过程的主要干扰因素随接收方式不同而改变, 干扰因素不同, 所采用的光线预处理方式也就不同。在光线的接收方面有漫反射光和衰减全反射光二种方式。下面对这二种接收方式进行分析比较。目前, 大部分试验都采用漫反射光(DRIFT) 接收方式。其样品预处理过程十分简单,只需要把样本装在半径为十几毫米的石英杯里, 表面刮平后放在干涉仪的样品杯上, 使经过干涉仪后的红外光线在样本表面发生漫反射, 反射后的光线被光线接收器吸收后经放大送往计算机进行分析。在DRIFT 接收方式下, 影响测量精度的因素包括煤粉颗粒的大小、参照物溴化钾的颗粒大小、石英杯中粉末的疏密程度、光线的预处理( 减少光线偏移及颗粒大小分布不均匀的影响)、粉末表面颗粒的粗糙程度( 影响测量的重复性)、试验周围环境和设备噪声干扰等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆衰减全反射光(ATR) 接收方式在生物医药工程中的应用成功实现了利用傅里叶中红外光谱技术在线监测发酵工程和生物催化工程。目前, 采用ATR 测量固体物料成分的研究还处于起步阶段, 它的最大优势在于不需要煤粉预处理过程, 只需要把煤粉和溴化钾混合物接触或靠近全反射面, 从而节省了大量的劳动, 而且它具有很高的测量精度。
2、微波技术。水分在线测量的方法有红外线- 电导法、电容法和微波法, 其中微波法较为常用。微波测水法又可分为微波透射法和微波反散射法。微波透射法原理是当微波穿过物料时, 使自由水分子旋转, 这一效应降低了微波的强度和速度。在一定范围内, 被测煤样水分与微波能衰减程度和相位移量存在近似的线性关系, 所以, 通过测量微波的衰减度或相位移, 或同时测量二者就可以计算出煤炭水分。微波反散射法是基于含不同水分物料对微波的反射产生不同影响的原理, 这种测水方法通常要求有被测物料的成型装置。微波测水仪包括微波发射天线、微波接收天线、运算处理系统。为便于安装在输煤皮带上实行在线检测煤中水分,一般加入放射源采用射线投射法确定单位面积煤的质量, 以补偿煤层厚度和堆积密度变化对测定结果的影响。
3、近红外光谱技术。近红外光谱技术具有快速检测、易实现在线检测、不消耗化学试剂、无污染等特点, 为近红外光谱技术在煤质分析的应用发展提供了广阔的空间。我国近红外光谱应用于煤质分析方面的研究起步较晚, 但发展快。一是全硫检测。硫是一种有害元素, 对炼焦、气化、燃烧都有害。煤燃烧过程中会产生SO2 和少量SO3。SO2 排放到大气中, 污染大气,SO3 与空气中水蒸气结合形成硫酸蒸汽, 在降雨时伴随雨水降落到地表, 腐蚀钢铁及碳酸盐制品等。传统的煤中全硫的测定方法有艾氏卡法、库仑法、高温燃烧中和法。艾氏卡法检测煤中全硫含量最少需十几个小时, 测试过程复杂、繁琐, 要经过高温灼烧、水洗、过滤、称量等繁琐操作, 还需加HCl、BaCl2 等高危险试剂, 化学反应复杂多变, 人为影响也较大。近红外光谱技术测硫具有非常高的选择性,能得到很好的重复性和准确的检测结果。运用近红外光谱分析技术, 建立了偏最小二乘回归定量数学模型, 并与工业检测结果进行对比, 相关系数达到0．89695, 校正集均方根误差为0．0406, 模型具有较高的相关性和稳定性。二是工业分析检测。煤的工业分析包括水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算。灰分和挥发分的传统检测方法具有耗时长、操作复杂、人为影响大等缺点。针对传统检测方法的缺点, 研究了较方便、快捷的近红外工业分析仪器。采用近红外光谱技术从煤样漫反射光谱上得到特征吸收波长, 再利用标煤的近红外光谱进行分析, 通过煤的特征吸收波长的吸光度计算煤中挥发分。研究表明煤中挥发分的计算值与人工化验值之间的相关系数为0．94, 定标标准差为1．2, 具有较好的实用价值。三是加强近红外光谱技术与其他技术相结合的模型研究。应建立近红外光谱分析样品成分的模型, 采用多元线性回归法(MLR)、主成分分析法(PCA)、人工神经网络法(ANN)、偏最小二乘法(PLS) 等方法相结合的校正方法, 提高预测模型的预测精度。
对电能的需求量呈不断上升的趋势，同时对供电的质量也有了更高的要求，电厂在运行过程中，不仅需要考虑供电的可靠性，同时对供电的经济性也要进行重点考虑。因此，电厂不仅需要在设备上进行优化，同时在对煤质检测快速分析技术上也要实现优化，从而提高电力生产的安全性和经济性。
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[3] 武晓娟.浅析如何减小煤质分析中的误差[J].科技情报开发与经济，2016，16（7）：27.
论文作者:王耀华
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第18期
论文发表时间:2020/4/9
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