煤粉在线分析方法及装置与流程

本发明专利公布了一种煤质在线分析方法及装置，主要适用于电力等行业炉子的煤质在线分析。
背景技术：
：由于煤是燃煤火电厂的主要能源，因此煤质分析在火电厂中起着很重要的作用，在火电厂中不同的锅炉类型和燃烧方式对煤质有不同的要求。为了提高燃煤火电厂的经济效益，降低发电成本，要通过洗选配工艺对不同煤源进行科学合理的配比，以生产符合锅炉设计标准的配合煤，提高锅炉燃烧效率，减少污染排放。煤质分析对于合理指导其间各个环节生产和提高煤炭产品合格率具有重要的意义。目前，采用的离线煤质分析方法主要是热重力分析法，由于其操作程序复杂，耗时长，无法满足快速煤质分析的需求。国内外选煤厂中的煤质在线监测仪器大多采用射线分析法，相关仪器的生产厂商也较多，此分析仪可以实现实时在线对煤质进行监测，分析速度快，结果准确。但由于仪器里面的放射源保养难度大，安全隐患高，有辐射污染，对操作人员的身体健康造成很大的伤害。因此此类分析方法的设备难以在火电厂中得到广泛的应用。近红外光谱分析技术是最近发展较为迅速的检测技术之一。早期近红外光谱技术主要运用于农产品的品质分析，现在已经扩展到石油化工、环境科学、纺织、食品、制药和生物化工等领域。对于煤粉等固体颗粒状物质，采集其近红外漫反射光谱，通过分析光谱，即可以得到煤的相关成分信息。近红外光谱检测分析技术被应用到煤质分析领域中的研究开始于20世纪70年代。m.p.fuller等人首次利用傅里叶近红外漫反射光谱对煤粉内部品质进行了检测分析。随后painter对煤粉的近红外透射光谱进行了研究。fysh和swinkels第一次采用近红外漫发射光谱对煤粉样品进行了定性分析。之后大量学者利用近红外光谱分析技术对煤粉的水分、全水分、挥发份、发热量、碳、硫等成分进行了大量的研究。为了实现现代煤矿及选煤厂对煤质实时检测的需求，本发明专利公布了一种煤质在线分析方法及装置。在煤炭品质质量检测系统中，该分析方法及装置具有高效、无损、检测过程简单、结果准确等许多优点。技术实现要素：本发明专利公布了一种煤质在线分析方法及装置。装置主要由输送单元、光源、光谱仪、光纤、微处理器（信号控制单元、分析处理单元、执行单元）、在线多元分析软件等组成。光学系统提供稳定、强度足够的照射光；光谱仪保证获得有效特征的光谱信息；信号控制单元发送指令给检测仪，由检测仪实施对样品的在线光谱检测并把光谱信息通过数据采集系统传输给分析处理单元，通过分析处理单元中已有的模型对样品性质进行预测评价。上位机主要完成光谱信息的采集、提取和分析；下位机主要完成逻辑控制图像采集；通过和上位机的通讯，完成执行器件对样品、传送带、电机以及照明等的控制。煤质在线分析方法其特点在于：采用多元分析方法建立煤质指标与光谱间的相关关系。nir的主要吸收带是含氢基团c-h、o-h、n-h等的一级倍频和c-o、c-n、c-c等的多级倍频。煤是由有机化合物和无机化合物组成，煤中的有机化合物主要包括碳、氢、氧、氮等，主要指工业分析指标的挥发份和固定碳；无机物包括水和矿物质，只要指工业分析指标的水分和灰分；发热量的主要影响因素是煤中c、h、o三种元素的含量，它们与nir的吸收有间接的对应关系。煤粉组成发生变化，其性质也发生变化，其分子光谱也发生变化。光谱与性质之间存在着定量相关关系。通过在线采集煤粉的分子光谱，借助相关关系，得到煤粉性质。煤质性质包括发热量、挥发份、固定碳、水分、灰分、硫含量、颗粒度等。煤质在线分析过程：在线分析仪器检测窗口直接对准传送带上移动的煤粉，实时采集煤粉光谱和自动分析煤粉性质，并将结果通过dsc系统传输至中央操作平台，用于锅炉进行优化操作。在线采集煤粉光谱其特征在于：光谱采集模式是漫反射模式；光谱波长范围可以是覆盖700-2500nm的全谱，也可以其中某个波长，或某个波段，或者它们之间组合；光谱是1张光谱，或多张光谱的平均光谱。多元分析方法其特点在于：线性回归分析、主成分分析、因子分析、偏最小二乘、小波变换分析、遗传算法、人工神经网络和支持向量机中的任意一种，或者其中之间的任意组合。在线多元分析软件其特点在于：在线光谱分析系统的软件具有光谱实时采集和定量定性模型建立、待测样本类型、模型界外样本的判断以及样本性质或组成的定量计算等功能；还包括数据与信息显示、数据管理功能、通讯功能、故障诊断与安全功能、监控功能、网络化等功能。光谱仪其特点在于：可以是硅材料的或者是铟鎵砷材料的光电检测器；可以是单点检测器，也可以是阵列检测器。煤质指标与光谱间的相关关系其特点在于：该相关关系具有光谱仪器标准化（又称模型转移）功能，即使用不同仪器采集的光谱均可用该相关关系实现未知样本的计算功能。光谱仪器标准化功能其特点在于：模型转移方法包括ds、pds和改进的pds等。本发明专利适用于电力等行业炉子的煤质在线分析。附图说明图1为煤质在线分析过程示意图；图2为本发明采集的煤粉近红外光谱图；图3、4、5、6、7分别煤粉水分、发热量、挥发份、固定碳、灰分模型交互验证结果；实施案例以下实施例对本发明专利的应用情况做了进一步说明，是其比较好的应用形式，但是本发明专利的范围并不局限在以下实施例。煤质在线分析过程如图1所示，在线分析仪器检测窗口直接对准传送带上移动的煤粉，实时采集煤粉光谱和自动分析煤粉性质，并将结果通过dsc系统传输至中央操作平台，用于锅炉进行优化操作。图2为采用本发明在线实时采集到的煤粉光谱图，采用多元分析方法将标准方法获得的（水分、发热量、挥发份、固定碳、灰分等性质）基础数据与光谱数据相关联，分别建煤粉性质水分发热量挥发份固定碳灰分标准偏差sep1.881.581.22.32.7各个性质的相关关系（即各自的校正模型）。模型校正结果如图2、3、4、5、6，外部校正结果如下表。由此可见采用本发明能够同时实现煤粉多种性质的快速、准确、实时检测，对锅炉优化操作进行指导。当前第1页12