基于NIRS技术的煤炭质量检测与分析

摘要:基于近红外光谱(NIRS)分析技术的煤炭质量检测的理论以及研究应用情况进行了全面的概述和报道，提出了在近红外光谱(NIRS)技术应用的一些难点。与传统的煤炭质量检测方法相比，NIRS技术有许多优点，能够快速检测煤炭的质量，能够在煤炭质量检测上广泛的应用。

关健词: NIRS技术；煤炭质量；检测与分析

中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：

1前言

煤炭资源是我国的第一大能源，是工业发展所需的基础能源材料。煤炭资源非常丰富，占我国总能源的70%左右。按照国际的煤炭检测标准，煤炭通常需要检测灰分、挥发分、内水、固定碳、发热量和全硫等品质项目。煤炭传统的检测方法由于工作繁杂，花费成本比较高，花费时间比较长。煤炭的分类销售，出口贸易和电厂的快速需求等，传统的煤炭检验周期太长，不利于煤炭的销售，为此需要缩短煤炭的检验时间，需要寻找新的检验方法。

NIRS是近红外光谱的英文缩写。NIRS 技术是近十年来发展最为迅速的高新分析技术之一。NIRS分析技术应用光谱区段波长范围大约为3～0.70mm，属干红外光谱范围，和可见光一样，都是电磁波的一个组成部分，具有电磁波和物体作用时表现出的一般特性，如透射、漫反射、吸收等。此外，其最突出的特点是这一光谱区域为含氢基团(OH、SH、CH、NH)的倍频和合频吸收区。物质的近红外光谱是其中各基团振动的倍频和组合频率的综合吸收表现12闲。

煤炭是由植物遗体沉积在地层底下，经历一系列漫长复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成的固体有机可燃矿产，是一种由大部分有机物质和部分矿物质及水分组成的可燃性岩石。其中的有机物质也就是人们主要加工利用的对象，是由各种复杂的高分子有机化合物所组成的混合物，主要由碳氢、氧、氮和有机硫等元素构成，此外还有极少数的磷和其他元素。物质分子中O-H、S-H、C-H、N-H和C-O等基团振动频率的倍频与合频吸收就在近红外区，因此NIRS技术较适合于分析与这些基团有直接或间接关系的成分，所以在理论上应用NIRS分析技术快速检测煤炭质量是可行的。

2 NIRS技术在煤炭质量检测中的应用

NIRS近十年来发展迅速，我国从上世纪80年代开始主要应用于农产品的品质分析，现已经应用于各个领域，已从传统的农副产品分析扩展到石油化工和基本有机化工、高分子化工、制药与临床医学、生物化工、环境科学、纺织工业和食品工业等领域。但是，目前NIRS技术在煤炭方面的研究报道很少。

资料显示，国外利用NIRS技术对煤炭进行检测的报道困难，如M:TBONA等对不同产地煤炭的九个品质项目(水分、灰分、挥发分、固定碳、发热量、碳、氢、氮、硫分)进行测定。国内有采用傅立叶变换近红外光谱法建立煤炭挥发分、水分测定模型，并对方法精密度、数学模型的决定系数和均方差进行评估，认为采用NIRS技术定量分析煤炭水分、挥发分有较大可行性。有针对火电厂燃煤煤质对生产及成本的影响，阐述了煤质在线分析的必要性和迫切性，提出应用NIRS方法进行煤质在线分析的研究。2006年10月开始，我们利用现有的近红外分析仪(型号: SY一3650DDS)对无烟煤、动力煤、烟煤、水汽煤、贫瘦煤、褐煤等煤种进行初步研究。目前已采集近1500个样品光谱，对这些样品的谱图和光谱数据的初步处理结果提示:这些煤种在近红外区有相应的吸收，结合化学计量学的技术方法，我们很有可能可以利用近红外分析技术建立煤炭的一系列快速检测方法和标准体系。重点要解决的技术问题是:(l)寻找煤炭NIRS光谱数据合适的数学转换形式；(2)寻找合适数学转换的NIRS检测数据与煤炭品质成分常规法的检测数据之间可靠的函数关系；(3)对所得函数关系进一步修正和验证。

3应用NIRS分析技术检测煤炭质的创新点和前景展望

3.1NIRS方法相对于煤炭现有检测标准方法的主要优点。NIRS分析技术作为近十年来发展最为迅速的一种高新分析方法，与经典或现代的化学法和物理化学法相比，主要具有如下优点:(l)无须称样，不必使用天平；(2)可以连续无限次地进行分析；(3)样品制样简单，只需粉碎，不用任何化学试剂处理，对样品无损耗，测定后仍可作它用；(4)测定快速，只需几秒钟或几分钟即可完成；(5)一次可完成多个成分的测定；(6)整个检测过程不需要使用化学试剂或高温、高压、大电流等测试条件；(7)不会产生化学、生物或电磁污染，不会对操作人员和环境造成不良影响。

3.2NIRS方法应用于煤炭质检的应用前景。NIRS技术在农副产品、食品、医药、石油化工领域得到了广泛应用，而采用该技术进行煤炭品质检测尚属初期的探索阶段。由于该技术具有上述诸多优点，如果NIRS分析技术能成功地应用于煤炭检测工作中，预期可节省现有工作量的70%一80%，缩短检验周期的3/4，同时降低检测成本的1/2，减少对工作人员身体的损害和环境污染。而且有可能将检验工作前移至口岸、码头卸货现场，实现边卸货、边检测、边出结果;现场有异议或不符合合同规定的货物，再取样送回实验室检测确认，最大限度地增加工作透明度、缩短检验周期；同时免去将大量煤炭原样拉到制样场所的麻烦，免去分、制样人员经常被动吸进煤尘可能引发煤尘肺病等健康影响；提高检验部门行使职权和维护公正的水平和形象。也为煤炭等大宗影响国计民生的商品检验工作的提速提供了崭新的检测技术和科学依据。

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