煤炭多組分同步快速分析
一、應用概述
煤炭是我國重要能源，煤的發熱量是衡量煤質重要指標之一，碳是煤中最主要的可燃成分，也是煤中最基本的成分，其含量約佔35%~85%，氫是煤中發熱量最高的元素，但含量不多，另外煤中氧和硫的含量也會影響煤的發熱量。本方法對煤的發熱量快速分析是基於HS XRF對煤中發熱量元素檢測基礎上進行的。
煤中不能燃燒的礦物質在燃燒後形成灰分，是煤中的雜質。灰分容易隔絕可燃物與養護劑的接觸，使得煤不易充分燃燒，同時灰分的排放也會汙染環境，因此準確估計煤中灰分具有重要的實際意義。本方法透過對煤中礦物質元素檢測，進一步建立數學模型分析煤灰分含量。
煤中的硫、氯、磷元素會帶來空氣汙染排放，腐蝕燃燒爐等，是煤中的有害元素，採用單波長X射線熒光光譜法，快速定量分析硫、氯、磷等元素含量。
單波長X射線熒光光譜與快速基本引數法大幅提升元素分析精度，透過建立先進的數學模型，達到對煤炭中多組分（發熱量、總碳、總硫、總氯、總磷、砷、鉛、灰分）同步快速檢測，樣品分析週期縮短到20分鐘內，分析成本低，為煤炭的篩選與利用提供可行的快速檢測方法。
單波長X射線熒光光譜儀PHECDA系列
單波長X射線熒光光譜儀PHECDA系列
二、方法原理
單波長X射線熒光光譜儀原理
單波長X射線熒光光譜儀（HS XRF）採用全聚焦型雙曲面彎晶技術，將X射線光管出射譜中靶材特徵射線衍射聚焦到樣品一點，大幅降低或消除X射線管出射譜中連續散射線背景對樣品元素譜的干擾，提升元素檢測信噪比，相對傳統XRF檢出限降低1-2個數量級，單波長X射線熒光光譜儀實現對微量和痕量元素的檢測分析。
快速基本引數法
基本引數法（FP）是XRF定量分析的一項重要技術，其透過對X射線熒光物理學明確的物理現象建立基本引數庫和數學模型，經過大量計算直接得到樣品中各元素的含量，解決了XRF基體效應、元素間吸收增強效應、譜線重疊干擾、探測器各種效應等對定量分析的複雜性和不確定性，實現欠缺標準樣品情況下的樣品元素定量分析。北京安科慧生研發的快速基本引數法（Fast FP）是全面的基本引數法，在樣品適應性、定量精度、擴充套件性等方面處於領先地位。
煤炭組分數學模型
單波長X射線熒光光譜儀（HS XRF）得到的煤炭中碳（C）元素和金屬元素的含量，為建立煤炭發熱量與灰分數學模型提供可靠的資料。
煤炭工業組分計算模型採用了前饋神經網路（BP Networks）和最小二乘法，透過掃描大量樣品，得到元素含量和譜圖資訊，對大量資訊進行主成分分析（PCA），得到有效變數，然後進行機器學習，得到高準確性的數學模型，擬合優度（R²）達到0。99以上。
煤炭工業組分計算模型與Fast FP演算法採用資料庫的方式深度融合，具有極高的擴充套件性，可以針對不同煤種進行演算法學習，擴充套件其適應範圍。
三、效能資料
1。標準樣品測試對比
單波長X射線熒光光譜儀對煤炭組分標準樣品進行測試，測試結果如下表所示：
總碳和硫分
標準樣品測試資料如下所示：
表1 標樣碳（C）、硫（S）元素含量準確性彙總表
圖1總碳（C）線性圖
圖2 硫（S）分線性圖
灰分和發熱量
單波長X射線熒光光譜儀對煤炭中礦質元素 （MgO， Al2O3， SiO2， K2O， CaO， TiO2， Mn， Fe2O3）等和碳（C）、硫（S）等發熱元素測定，透過神經網路對大量定值樣品的學習建立數學模型，得到可靠的煤中灰分和發熱量測試結果。
圖3 礦物元素能譜圖
圖4 神經網路計算灰分線性
圖5 發熱量線性
煤炭微量元素
表2 標準樣品微量元素準確性
續表2 標準樣品微量元素準確性
續表2 標準樣品微量元素準確性
2、實際樣品
單波長X射線熒光光譜儀（HS XRF）對煤炭樣品多組分同步測試，測試結果如下表所示：
表3 實際樣品灰分、發熱量計算值準確性
樣品序號
灰分標值
灰分計算值
相對偏差
發熱量標值
發熱量計算值
相對偏差
1#
38。64
38。53
-0。29%
19。67
20。1
2。16%
2#
36。96
37。43
1。27%
20。52
20。3
-0。95%
3#
39。64
39。05
-1。48%
19。5
19。8
1。68%
4#
34。49
34。55
0。18%
21。06
21。5
2。22%
5#
30。55
30。91
1。17%
23。25
22。9
-1。46%
6#
32。81
32。26
-1。67%
22。12
22。5
1。90%
7#
36。85
36。92
0。20%
20。34
20。6
1。10%
8#
37。6
38。14
1。44%
20。27
20。1
-1。09%
9#
35。19
35。59
1。13%
21。22
21。1
-0。35%
10#
32。32
32。13
-0。60%
22。69
22。5
-0。77%
11#
32。31
33。09
2。43%
22。62
22。2
-1。75%
12#
39。82
40。03
0。53%
19。37
19。3
-0。57%
13#
37。26
36。16
-2。95%
20。4
20。8
1。90%
14#
37。53
37。77
0。63%
20。4
20
-2。01%
15#
36。14
35。14
-2。78%
20。74
21。1
1。67%
16#
37。89
38。58
1。81%
20。02
19。9
-0。77%
灰分和發熱量的偏差統計圖
特點優勢
準確定量
單波長X射線熒光光譜儀PHECDA系列可以滿足95%以上的樣品發熱量的絕對偏差在200Cal/g，95%以上的樣品灰分相對偏差在3%以內，滿足煤炭發熱量和灰分快速檢測要求。
快速分析
僅需5分鐘即可完成一個煤炭樣品的灰分、硫分、微量元素檢測，國家標準方法測試得到分析水Mad後，即可測得空氣乾燥機高位發熱量Qgr，ad。
消除干擾
Fast FP演算法相對傳統的經驗係數法，具有超高的自適應性，可以自動擬合樣品背景訊號，扣除噪聲，消除礦物效應干擾，減少誤差。
操作簡便
操作簡便，無需消解樣品等複雜操作。PHECDA-HES型號配備自動進樣，可自動連續測試30個樣品。
