[發明專利]一種XRF輔助LIBS的煤炭發熱量高重復性檢測方法

在審

• 申請號: 202110450298.6
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113189125A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李曉林;張雷;尹王保;肖連團;賈鎖堂
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223;G01N21/73
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于分析檢測領域，具體涉及一種XRF輔助LIBS的煤炭發熱量高重復性檢測方法。目前對發熱量的測量重復性尚未達到國家標準《GB/T 213?2008煤的發熱量測定方法》中規定的小于0.12MJ/kg的要求。針對這一問題，本發明提出了一種基于XRF輔助LIBS的煤炭發熱量高重復性檢測方法，既能利用LIBS技術分析煤中決定發熱量的有機輕元素C和H，又能利用XRF技術高穩定地分析影響發熱量的無機成灰元素，從而顯著提高對煤炭發熱量的測量重復性，滿足國標規定。

技術領域

本發明屬于分析檢測領域，具體涉及一種XRF輔助LIBS的煤炭發熱量高重復性檢測方法。

背景技術

發展火力發電廠中的配煤、燃燒等主要環節的優化控制技術，對于降低燃煤煤耗、實現節能減排非常重要，具有巨大的經濟效益和社會效益。實現對火力發電主要環節的優化控制，關鍵在于實現對入爐煤發熱量的快速分析，以便及時調整鍋爐風量與煤粉的配比，實現煤炭的充分燃燒和減少NOX污染氣體的生成。目前，煤炭發熱量檢測主要依靠國標《GB/T 213-2008煤的發熱量測定方法》中規定的氧彈法，依據一定量煤樣在氧彈內燃燒放熱所導致水的溫升來計算發熱量，但耗時較長，滯后于工業生產。針對燃煤的快速分析，國際上目前主要是美國Thermofisher公司、澳大利亞ScanTech公司等生產的基于瞬發伽馬射線中子活化分析法的煤質在線檢測設備，采用中子活化煤樣后對伽馬射線能譜數據進行建模分析，實現對燃煤工業指標的在線測量。但這類設備運行時有放射性污染，要求嚴格的安全防護手段和措施，且成本高，難以在我國電廠大面積推廣。

激光誘導擊穿光譜(LIBS)是利用高能非共振脈沖激光燒蝕、霧化、激發和電離煤樣，產生瞬態等離子體，通過分析其發射光譜中元素的原子、離子或分子基的特征譜線，完成對煤炭成分的定量分析。它具有快速、安全無輻射、多元素同時測量、可實時在線等優點，是目前最具潛力的煤炭分析技術之一。國內外已有較多有關LIBS煤質測量的研究報道，目前對煤炭發熱量的測量重復性標準偏差(SD)已達0.38MJ/kg，但仍未能滿足國標法中規定的小于0.12MJ/kg的要求。LIBS的測量重復性主要受限于激光脈沖能量波動、激光焦點小導致的分析代表性差、等離子體易受外界干擾不穩定等因素，如何提高測量重復性成為決定LIBS能否真正走向燃煤工業應用的關鍵。近些年來，X射線熒光光譜(XRF)法因其測量重復性優勢已逐步應用于煤炭灰分的分析領域中，例如中國煤炭科學研究院馬克富等人利用XRF對煤中Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、P等成灰元素的測量重復性已遠小于國標分析的要求。XRF的檢測原理是利用高能X射線轟擊樣品，使元素原子的較外層電子躍入內層空穴而輻射出相應的特征能量或波長的X射線熒光，通過探測這些二次射線的能量和數量，進而完成定性和定量分析。XRF雖然對煤中無機成灰元素的測量重復性很好，但缺陷是無法分析決定煤炭發熱量的C、H等關鍵有機輕元素，因而無法分析煤炭發熱量。

針對以上LIBS與XRF測量煤炭的特點，本發明巧妙地將LIBS可以分析煤中有機輕元素以及XRF可以高穩定地分析煤中無機成灰元素的優點相結合，形成一套XRF輔助LIBS的煤炭發熱量高重復性檢測技術，通過聯立煤炭的XRF譜和LIBS譜進行煤炭發熱量的分析建模和預測，使得對煤炭發熱量的測量重復性滿足國標要求。

發明內容

本發明是為解決LIBS測量煤炭發熱量的重復性未達到國標要求的技術問題，將LIBS與XRF有機結合，形成一套XRF輔助LIBS的煤炭發熱量高重復性檢測方法。

煤炭發熱量不僅與煤中C、H等元素含量有關，而且與煤中Si、Al、Ca、Fe、Mg等成灰元素含量緊密相關。LIBS可以對煤樣進行全元素測量，但是測量穩定性會受到激光能量波動、流體動力反沖致等離子體形變等因素的影響。而XRF測量煤樣的穩定性好，但對輕元素的熒光產出率小，無法測量煤中與發熱量高度相關的C、H有機輕元素。發展XRF輔助LIBS的煤炭發熱量檢測技術，依托兩者的優勢互補，既可以測量C、H等有機元素，還可以高穩定地測量煤炭中無機成灰元素，從而實現對煤炭發熱量的高穩定測量。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：