便携式激光诱导击穿光谱仪的研制及其在煤质检测中的应用

摘要

目前煤炭企业或火电厂对煤炭质量的检测普遍采用多种离线分析技术,虽然检测精度高,但离线分析程序复杂、分析时间长、信息反馈滞后,不能适应国家低碳经济建设和节能环保的发展战略要求。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,开展了基于激光诱导击穿光谱的便携式煤质快速检测装置的研制,从光路的稳定性、设备的紧凑性和光谱定量算法方面开展了设计和优化。所研制的便携式激光煤质快速检测装置具有激光能量高(单脉冲能量>80 mJ),整机重量轻(<10 kg),光谱波段范围宽(200~1100 nm)和重复精度高的特点,可满足煤中所有元素和工业指标的分析。采用该装置对30个电厂常用煤样进行了光谱测试和分析,采用基于马氏距离(MD)的异常数据剔除算法和基于稀疏矩阵的基线估计与降噪算法(BEADS),对煤饼的实测光谱数据进行了预处理,结合支持向量机算法(SVR)对煤炭的碳含量、灰分和热值进行快速检测,SVR模型的拟合系数R 2均能达到0.9999,其中,碳含量的预测均方根误差(RMSEP)为4.5126%,平均相对误差(MRE)为6.74%;灰分的RMSEP为2.8315%,MRE为8.19%;热值的RMSEP为1.4399 MJ/kg,MRE为5.96%。该装置样机可用于多场景下煤质的现场快速检测,对于实现锅炉的燃烧优化、煤炭资源的高效利用和节能减排具有重要意义。