元素分析技术在煤质分析中的应用

元素分析技术在煤质分析中的应用

娜迪拉•买买提

华电新疆发电有限公司红雁池分公司 新疆乌鲁木齐 830047

摘要：燃煤占火电厂发电总成本的70%以上，入炉煤质量的控制水平直接影响电厂安全经济运行。对CFB机组，用煤来源复杂，煤质波动大，掺烧矸石、煤泥等劣质煤，其煤质参数测量的准确性与及时性对配煤、燃烧调整都极其重要。煤质关键指标包括：发热量、挥发分、硫含量、灰分、水分、固定碳、无机元素等。目前这些指标检测现状：采样送试验室检测，使用很多种设备，采用传统测试方法人工测试。一是采样均匀性和操作人员熟练程度直接影响结果精度；二是检测结果严重滞后于锅炉燃烧运行操作，严重影响机组的燃烧优化与节能降耗。在入厂煤检测、配煤、入炉煤煤质检验、优化燃烧，石灰石利用、降低排渣和除尘负荷、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。

关键词：元素分析技术；煤质分析；应用

一、试验原料

试样通过基础煤样按不同配比制成，基础矿样取自某大型煤炭生产基地，由高灰分煤和精煤构成，由于样品粒度较大，为保证试样的均匀性和化学分析结果的准确性，采用人工方法对现场矿石进行混匀，后用破碎机将现场矿石破碎至0．1mm，并用人工方法进行破碎缩分至6mm，共6组，送国家相关检测机构化验煤炭中的主要元素，针对各类元素含量进行准确分析。6组配样分析测试数据见表1。

表1煤炭成分含量

二、检测方法

1、工作参数

激光器能量100～300MJ，激光波长1064nm;光谱仪检测范围180～850nm，工作频率1～2Hz，测量时间3～5min。

2、检测方法

从每份样品中各取7g，压制成直径为5cm的圆形样片，在样片上取4×4的点阵，共计16个点进行检测，每个点检测60次，每次检测均获取一组完整的光谱数据。考虑到样品表面的杂质干扰，每个点的前20次检测数据视为无效数据，只取后40次的检测数据用于计算。每份样品的有效数据共计640组，取待测元素峰数据平均值代入数学模型进行运算，得到对应的元素含量。

3、数据处理

激光检测煤炭样品成分过程中，激光激发煤炭样品表面产生等自离体，会存在烧蚀坑，烧蚀面积大于0．79mm2，深度随着激光次数的增加而不断延伸，但深度超过激光焦点后，激光能量降低，延伸距离将减少。这一过程产生的光谱，一定程度上存在不稳定性，重复性低，光谱处理必须通过大量谱线平均及预处理后得到代表性的谱线。原始光谱变化见图2，光谱元素特征峰位列表见表2。

表2元素波长对照表nm

图2煤质成分特征光谱图

由图2、表2可知，光谱图中处理明显对应的各个元素峰外，还存在大量的基体辐射谱线，这是在激光激发物质等离子体光谱过程中存在基体效应的影响，引起的原因是在激光激发过程中不同种类的元素产生等离子体在空间和时间上激发的差异，包括不同层数电子的激发能力和激发强度的不同都会导致基体效应。同时，在激发过程中存在元素之间的干扰，比如二次激发或黑体辐射等情况。虽然在解谱算法中针对主要元素有一定的去除基体效应影响的方法，但仍需要进一步研究。同时在煤质元素成分测量中，根据测量结果显示在煤炭中主要元素Si、Al、Fe、Ca元素是煤质灰分的重要成分，因此这些元素测量的准确性决定的灰分指标。而K、Na元素为碱金属成分，主要影响是锅炉燃烧过程中会对锅炉产生损伤。

三、测量结果

测量算法使用偏最小二乘法，该法是一种数学优化算法，它是通过找到数据点最小化误差的平方和，利用拟合方法找到一次线性方程中一组数据的最佳函数。采用偏最小二乘法(PLS)拟合，得到数据的相关性r2见图3～图10。

图3样品Ti元素拟合结果

图4样品Si元素拟合结果

图5样品Na元素拟合结果

图6样品K元素拟合结果

图7样品Fe元素拟合结果

图8样品Ca元素拟合结果

图9样品C元素拟合结果

图10样品Al元素拟合结果

结束语

元素分析仪很好的解决了目前电厂生产运行过程中存在一些问题，可以有效的监测燃料品质，控制燃料成本，监测混煤品质，控制入炉煤偏差，监测入炉煤品质，合理指导锅炉运行优化，并且有效控制了污染物的排放，提高电厂运行的精细化管理水平。

参考文献

[1]崔执凤,张先燚,姚关心,等.铅黄铜合金激光诱导击穿谱特性的实验研究[J].原子与分子物理学报,2007(1):25-30.

[2]吴金泉,林兆祥,刘林美,等.LIBS技术在线检测重金属污染物的应用研究[J].中南民族大学学报:自然科学版,2013,32(3):68-71.