[发明专利]一种基于分档的煤质特性测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分档的煤质特性测量方法，具体来说，利用激光诱导等离子光谱技术(简称LIBS)对煤质成分进行定量分析的方法，属于原子发射光谱测量技术领域。

背景技术

在煤矿、煤厂和电厂等用煤单位，根据不同的煤质成分，实时调整工况参数，有利于提高燃烧效率，节约能源，减少污染物排放。但传统的煤质分析方法多采用离线分析，具有采样和制样代表性差、分析速度慢、工序繁琐等缺点。因此各用煤单位急需一种精度较高，并能实现全元素分析的煤质在线快速检测方法。

目前煤质在线检测中常用的技术为X射线荧光技术，中子感生瞬发γ射线分析技术和双能γ射线透射技术。但X射线荧光技术只适合于测量原子序数大于11的元素，测量精度和灵敏度不高。中子感生瞬发γ射线分析技术存在投资大、辐射危害和放射源半衰期短的缺点。而双能γ射线投射技术最大的缺点是无法全元素分析、成本较高和有安全隐患。由于这些技术本身的缺点，所以并没有得到更广泛的应用。各用煤单位急需一种精度较高，并能实现全元素分析的煤质在线快速检测方法。

近年来，LIBS技术由于具有高灵敏度、无需样品预处理和实现多元素测量等优点，成为一种新的激光分析技术，在煤质在线检测上有很大的应用潜力。可是由于该技术基体效应比较明显，直接测量物质成分时精度不高，也限制了该技术在煤质在线检测中的应用。准确的定量化测量是LIBS系统在煤质在线检测中发挥作用的前提和基础。

目前用于煤质分析的LIBS技术多采用对所有的煤质均采用相同的数据处理模型，虽然可以通过去噪、内定标等手段来提高精度，但效果仍不能达到工业应用的要求。这是因为不同的煤质中水分、灰分或挥发分差别大，影响等离子体的特性，从而影响整个光谱的强度。各元素的谱线强度存在互干扰现象，即变量存在多重相关性，故采用单一的数据处理模型拟合精度差，预测效果不能令人满意。因此有必要对水分、灰分或挥发分不同的煤样进行分档，对不同的档位建立相应的数据处理模型，以提高预测效果。

发明内容

本发明的目的是提出了一种基于分档的煤质特性测量方法，针对在LIBS光谱中存在基体效应，本发明根据煤中水分、灰分或挥发分含量进行煤种分档的方法，并在此基础上对不同档位建立对应的数据处理模型，既可以实现煤质的全元素分析，能够提高测量精度。

本发明的技术方案是：

一种基于分档的煤质特性测量方法，其特征是该方法包括如下步骤：

1)使用煤质特性已知的一组煤炭样品作为定标样品进行分档：根据定标样品中的水分、灰分和挥发分中任一种数值含量的高低分为第一、第二和第三档,设定阈值M₁和M₂，数值含量小于或等于M₁的定标样品为第一档，数值含量在M₁和M₂之间的定标样品为第二档，数值含量大于或等于M₂的定标样品为第三档；

2)使用偏最小二乘判别分析法对定标样品建立分档模型：

a.利用激光诱导击穿光谱系统对定标样品进行检测，得到该组定标样品的光谱谱线，即得到了每种定标样品中各种元素的激光诱导击穿光谱的特征谱线强度，形成特征谱线强度矩阵E₀，E₀矩阵的结构如下，

其中，表示第i种样品在波长λ_j处对应的谱线强度，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；

因变量矩阵F₀是一个n行的列向量，如果第i种样品为第一档定标样品，因变量矩阵F₀的第i行等于1；如果第i种样品为第二档定标样品，因变量矩阵F₀的第i行等于2；如果第i种样品为第三档定标样品，因变量矩阵F₀的第i行等于3；

b.按照偏最小二乘方法对自变量矩阵E₀和因变量矩阵F₀建模，得到F₀关于E₀的回归方程，

F₀＝E₀A+F_h

其中，A为回归系数矩阵，F_h为残差；

3)对第一、第二和第三档的定标样品分别进行偏最小二乘法回归建模:

首先，将每一档定标样品中某种元素浓度组成因变量矩阵F₀′，自变量矩阵为矩阵E₀，矩阵F′₀的结构如下；