煤质工业分析

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煤质工业分析相关的厂商

  • 鹤壁市金汇煤质分析仪器有限公司是一家从事电子仪器、仪表的研制、生产和销售的现代化企业,产品广泛应用于煤炭、冶金、电力、矿山、化工等行业,主要产品有:煤质分析仪,量热仪(氧弹量热仪)系列、定硫仪(测硫仪)系列、水份测定仪系列、煤质工业分析仪系列,灰熔融性(灰熔点)测定仪系列、马弗炉(箱形电阻炉,高温炉,智能马弗炉)系列、温控仪(时温程控仪)系列、破碎机制样机系列、干燥箱系列、粘结指数测定仪、胶质层测定仪、碳氢元素分析仪(快速自动测氢仪)、快速灰分测定仪等
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  • 鹤壁市先科煤质仪器有限公司始终坚持“诚信、创新、服务”的企业宗旨,始终把创造优质产品、服务社会放在首位,从而使“品质一流,性能卓越”的先科仪器产品在煤质行业中独树一帜,产品畅销全国各大用煤单位、高等院校、环保化工、电力能源等化验室,国内经销商遍及全国大中城市,产品曾在国家部委招标中屡次中标,并列入各级政府采购计划,远销多个国家及地区。
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  • 鹤壁市国泰煤质设备制造有限公司是一家集研发、生产、销售为一体的专业生产煤质仪器的股份制科技企业。公司地处中原大地,淇河之滨,公司成立于2002年,成立以来,立足鹤壁,放眼河南,面向全国,客户遍及全国,为客户提供先进的煤炭检验仪器和煤炭及检测设备,产品畅销不衰,受到了客户的广泛好评和信赖。公司 成立以来始终坚持以产品技术和售后服务为生存之道,以产品质量为企业生存之本,为客户提供质优价廉的产品。公司倾力倡导以诚心待人,以信誉为首要之信念:遵循“客户至上,诚信至上”的原则:追求卓越,提升品质:技术不断革新,质量精益求精。公司以质量立信誉,以创新发展求,竭诚为用户服务,与各界朋友携手共创美好明天! 鹤壁市国泰煤质设备制造有限公司的诚信、实力和产品质量获得业界的认可。欢迎各界朋友莅临参观、指导和业务洽谈。
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煤质工业分析相关的仪器

  • 近年来,随着我国工业生产技术的飞速发展,提高生产效率,提升产品质量,实现工业生产的自动化、智能化成为各行业的重要目标。钢铁、地矿、煤电、海关等行业在原料分析、生产质量控制、批量样品检测等环节遇到的诸多难题,如冶金生产工艺中各类的原料人工抽样检测,离线检测等问题,都亟待通过技术和设备的升级来解决。   SpectraFlow在线矿石品位智能测量系统由卤素光源、分光镜、探测器三部分构成,利用近红外光照射样品,通过测量样品对近红外光的吸收,得到近红外光谱,反应样品的基本组分。可以提供精确的矿石物相、氧化物以及其他活性硅酸盐成分分析,实现混料后的矿物组成、碱度、水分的实时在线测量,实现煤中组分的准确定量,包括水分、灰分、硫分、挥发分等的测定。通常应用于钢铁行业优化配矿、生产控制,海关检测,煤电厂来料分析等环节。具有技术使用安全性能极高,实时在线分析,低运营成本,测量结果更加准确、稳定等突出优势。 功能  提供精确的矿石物相、氧化物以及其他活性硅酸盐成分分析,实现混料后的矿物组成、碱度、水分的实时在线测量,实现煤中组分的准确定量,包括水分、灰分、硫分、挥发分等的测定。组成卤素光源、分光镜、探测器工作原理利用近红外光照射样品,通过测量样品对近红外光的吸收得到近红外光谱,反应样品的基本组分。优势1、使用近红外作为发射源,不含任何类型放射性或γ放射源,技术使用安全性能极高,设备安装运行不受限制;2、实时在线分析,降低实验室连续采样频率,分析结果更具时效性,避免了分析过程冗长、严重滞后等现象;3、其他在线分析技术是对元素进行分析,而近红外技术是对物质的组分、化合物进行分析,结果分析更加准确;4、运营成本低,光源是唯一耗材,5年的维护成本大概为3000欧元;5、每分钟完成140次测量,高的测量频率确保了测量结果的准确性和稳定性。 用途钢铁企业1、优化配矿工作,提高矿石预均化效果,优化生产工艺技术指标;2、与传统的分析方式相比,光谱在线分析方法降低了实验室连续采样频率,极大地提高了工作的时效性和结果分析的全面性,解决了分析滞后的问题;3、钢铁企业通过对铁品位准确的分析实现生石灰、焦炭等辅料含量的准确控制,减少昂贵物料的使用量,从而大大降低生产成本并减少烧结矿质量的波动和偏差。4、通过在线实时测量矿石各物相成分以及碳/硫等有机物含量,在稳定生产控制的同时,提高铁矿工业自动化智能化水平 海关 对进料进行严格的质量控制,分析结果更加全面、可靠气化炉前Ga/Fe比的测定有助于预测锅炉结渣积灰过程,优化锅炉燃烧对来料进行全面的煤质分析,优化后续配煤、生产工艺煤电厂对来料进行全面的煤质分析,优化后续配煤、生产工艺气化炉前Ga/Fe比的测定有助于预测锅炉结渣积灰过程,优化锅炉燃烧
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  • TRGF-8000A全自动工业分析仪 技术参数/Technical Parameters1) 样品重量:0.8-1.2克,粒度:≤0.2mm2) 炉温范围:室温~1000℃;控温精度:±1℃,控温点:水分105~110℃、灰分815±10℃、挥发分:900±10℃3) 测试时间:240min/24个试样(水灰12个试样、挥发分12个试样)。4) 电压:220±22VAC 50±1HZ、最大功率:<5Kw5) 准确度:符合并优于国家标准6)尺寸mm:660*450*820应用领域/Apply Domain煤炭、电力、化工、地质勘测、环保、检疫检验、科研及院校等相关行业和部门的煤炭、焦炭等物质的水分、灰分、挥发分测试,并计算其固定碳、氢含量和热值;可对飞灰、灰渣的含碳量进行分析;可对水泥的烧失量进行分析。技术特点/Technical Features1、试验流程:流程规范,结果准确,水分、灰分、挥发分的试验流程、条件和结果均满足国标要求,不需要进行校正,可用于仲裁分析。2、接口方式:采用CAN总线技术,采用屏蔽及保护电路装置防雷、抗磁干扰、防刺激干扰。3、操作简便、安全:试验过程中无需取放坩埚盖、送样和取样,避免高温辐射和烫伤的危险。4、控制方式:位机控制。更有效的控制主机操作并不受电脑单方面原因造成不可控。故障报警自我保护。并配用独有微间技术对功能部件移位做出精确定位。5、分析测试系统:可连接本公司绝大部分煤质分析设备。可自动上传数据,生产报表。(用户可根据自身需求设计报表)。6、挥发分设备采用双导轨平移技术,保证了每二个样品间与炉膛的对接。采用标准备坩埚,无需人工参与,无需通氮,挥发分试验仲裁法。7、结构设计简单合理,没有“机械手”等滑轨平移装置,不会出现传送过程中掉坩埚、摔坏坩埚的现象。数据精准可靠8、有多种测试方法供用户任意设置,有国标的仲裁法、快速法,也可由用户自行设置定义。9、采用独有天平温度漂移修正功能,使称量数据更准确。
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  • 技术参数/Technical Parameters(1) 样品重量:0.8-1.2g,粒度:≤0.2mm(2) 炉温范围:室温~1000℃;控温精度:±1℃,控温点:水分105~110℃、灰分815±10℃、挥发分:900±10℃(3) 测试时间:<90Min/20样(水分,灰分,挥发分及计算固定碳)(4) 电压:220±22VAC 50±1HZ、zui大功率:<5Kw(5) 准确度:符合并优于国家标准(6)尺寸mm:水灰部分:480*520*700,挥发分部分:660*450*820应用领域/Apply Domain煤炭、电力、化工、地质勘测、环保、检疫检验、科研及院校等相关行业和部门的测试煤炭、焦炭等物质的水分、灰分、挥发分,并计算其固定碳、氢含量和热值;可对飞灰、灰渣的含碳量进行分析;可对水泥的烧失量进行分析。技术特点/Technical Features与众不同组成部分1、试验流程:流程规范,结果准确,水分、灰分、挥发分的试验流程、条件和结果均满足国标要求,不需要进行校正,可用于仲裁分析 2、接口方式:采用CAN总线技术,采用屏蔽装置及保护电路防雷、抗磁干扰、防刺激干扰。3、测试速度快:开机即可进行试验,采用多炉双天平结构,带有恒温干燥装置,水分、灰分、挥发分三个指标可任意组合测定或单独测定,同时测试20个试样的三项指标可在90分钟内完成(快速法流程)。4、水灰设备供气组件:采用低燥音活塞气泵,(可供选择通氮气及氧气)。5、控制方式:位机控制。更有效的控制主机操作并不受电脑单方面原因造成不可控。故障报警自我保护。并配用独有微间技术对功能部件移位做出jing确定位。6、分析测试系统:可连接本公司绝大部分煤质分析设备。可自动上传数据,生产报表。(用户可根据自身需求设计报表)。7、水灰设备采用气动缓慢方式自动开关炉门,避免骤冷骤热对炉体的损伤。8、挥发分设备采用双导轨平移技术,保证了每二个样品间与炉膛的对接。采用标准备坩埚,无需ren工参与,无需通氮。数据jing准可靠1、采用自动热重仪法,天平记录原始数据进行计算。2、采用独有天平温度漂移修正功能,使称量数据更准确。3、每次灰分测试均可以使用经典慢灰,完全符合国标要求在不少于30Min内炉温升到500℃的要求,保证了灰分测试的准确性
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煤质工业分析相关的资讯

  • 我国煤质分析仪器行业发展平稳分析
    根据中国仪器仪表行业协会的数据,2009年,分析仪器包括煤质分析仪器,煤质分析仪,煤质分析设备,煤质分析仪器仪表工业过程分析仪器、实验分析仪器、环境监测专用仪器仪表工业总产值、工业销售产值均保持了稳步增长,但是同比增幅明显低于2008年。出口交货值除环境监测仪器保持小幅增长外,其他二者均保持了负增长。其中,环境监测专用仪器仪表产值超过92亿元,同比增加28.85%,销售值达91.21亿元,同比增加30.82%。   数据表明,分析仪器行业中,环境监测专用仪器仪表增速最快,煤质分析仪器发展次之,工业过程分析仪器子行业也保持着高于行业平均水平的增长速度,而实验分析仪器的增幅明显低于仪器仪表行业平均水平。这主要是因为国家将环境保护和节能减排工作列入了中长期发展规划,出台了一些强制性政策和鼓励性政策,促进了环境监测仪器的推广应用。而且受2008年三聚氢胺事件影响,食品安全监测仪器的市场大幅增长。   进口继续保持增长,出口下降   在全国仪器仪表行业总体进出口均呈现负增长的情况下,煤质分析仪器进口保持增长,出口同比下降。其中,工业过程分析仪器进口4.48亿美元,出口额为3.38亿美元 实验分析仪器进口额近27亿美元,出口额为6亿美元,全国仪器仪表行业总体进出口逆差102亿美元,比2008年减少1.7亿美元,分析仪器进出口逆差56亿美元。   分析仪器进口额较大的主要原因是国内目前在用的高端煤质分析仪器多数仍为进口。由于高端煤质分析仪器技术要求高,研发投入大,研发周期长,对于国内企业来讲是个巨大的挑战。虽然近几年出现了像东西电子、聚光科技、天瑞仪器、普析通用、北京纳克、雪迪龙、河北先河等这样快速发展的高新技术企业,但是国内企业仍然普遍缺乏自有技术,缺少高端产品原始创新能力,研发投入力度严重不足,工作缺乏系统性和长期连续性,导致国内企业高端分析仪器开发能力不足。科研院所、大专院校的科研成果与行业的衔接渠道不畅,短期内还无法生产出满足国内市场需求的高端分析仪器。   分析仪器出口减少主要是由于2008年下半年以来,国际金融危机爆发,国内外经济形势发生急剧恶化,国外需求降低。   长期以来高端煤质分析仪器几乎100%为进口所占据的局面,迫使国内分析仪器企业必须改变原有的研发生产模式,已经开始逐步向生产高端分析仪器的方向发展。不断优化的市场环境,以及更多国外煤质分析仪器企业的进入,国内煤质分析仪器市场的竞争奖更加趋于激烈。因此,国内煤质分析仪器厂商必须在危机和机遇并存的市场环境中逆流而上,加大投入,不断创新,在科技发展的道路上披荆斩棘,向世界一流水平迈进。
  • 西派特煤质在线分析系统、煤质快速分析仪亮相CFB机组技术交流会
    2018年9月20-21日,中国电力企业联合会科技开发服务中心、全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网在江苏省宜兴市召开了第十七届年会,西派特(北京)科技有限公司携公司煤质快速分析仪参加。 会上,神华国神集团萨拉齐电厂于斌主任介绍了目前在该电厂稳定运行的煤质在线分析系统,并详细阐述了设备的运行状态:稳定性、准确性、可靠性等。该系统主要解决入炉煤的热值、水分、挥发分、固定碳的实时、在线检测,大大的促进了CFB发电的发展应用进程,解决了CFB机组入炉煤检测结果严重滞后的弊端,为科学、合理的配煤、给煤提供可靠地数据支撑,提升了生产效益,降低了锅炉环保排放指标以及减少污染等。 此外,于主任也强调了小型煤质快速检测设备在解决煤定价纠纷方面的必要性。小型设备为稳定、长期的煤炭贸易提供了数据保障,为合理定价提供了有力依据。 最后,西派特祝愿中国电力行业蓬勃发展、蒸蒸日上。
  • “100家国产仪器厂商”专题:访国内煤质分析仪器巨头开元
    国内煤质分析仪器巨头开元 寻求战略合作 为推动中国国产仪器的发展,了解中国国产仪器厂商的实际情况,促进自主创新,向广大用户介绍一批有特点的优秀国产仪器生产厂商,仪器信息网自2009年1月1日开始,启动“百家国产仪器厂商访问计划”;2009年4月21日,仪器信息网工作人员走访参观了位于长沙经济技术开发区的长沙开元仪器有限公司总部,开元公司总经办主任郭剑峰先生热情接待了仪器信息网到访人员。 长沙开元仪器有限公司,创办于1992年,是一家专业研制、生产、销售煤质检测仪器设备的高新技术企业,国内唯一能生产提供煤质检测采、制、化全套仪器设备和解决方案的企业。 长沙开元仪器有限公司 郭剑峰先生首先介绍了公司的基本情况:“开元仪器,注册资金3000万元,占地80余亩(正在洽谈购买土地40亩),建筑面积4.5万平方米。现有员工500余人,其中科研及开发人员占15%。在‘依靠科学、奋发进取、永争一流’的企业方针指引下,开元人奋力拼搏,使公司得到了快速发展,也取得了令人瞩目的成就;2008年公司实现销售1.58亿元,连续7年为长沙市利税过1000万元企业;是湖南省仪器行业中唯一入选首批‘小巨人’的企业,是湖南省私营企业 100强,长沙市政府重点扶持的二十家民营企业之一。” 生产车间 早在2000年,长沙开元仪器有限公司在中国煤质检测行业中率先一次性通过了ISO9001(1994版)质量体系认证,2002年通过了ISO9001(2000版)体系审核;目前,公司现已成为国际知名的煤质检测仪器设备制造供应商,是中国五大电力集团燃料采制化技能竞赛仪器独家仪器供应商,也是全国电力行业职业技能竞赛制样\化验竞赛仪器独家仪器供应商。 开元仪器公司2008年投入130万引进的数控转塔冲 “我们一直将创新作为公司发展的基石与灵魂,不断发现与满足用户的需求,持续不断地在用户关键应用领域进行技术研发投入,将最新的研发成果从实验室带到市场,一直引领我国煤质仪器发展的方向。” 目前,开元仪器公司现已开发出十大系列60余个品种的产品,均具有自主知识产权,拥有30多项专利;创造了三个国家级重点新产品(5E红外快速煤质分析仪、5E智能灰熔融测试仪、5E红外测氢仪),先后承担了国家火炬计划项目和科技部创新基金项目的研制和开发,仪器研发开创了7项“国内第一”;尤其,新产品5E-AC8018等温式全自动量热仪、5E-CHN2000元素分析仪、5E-IRS红外测硫仪等产品技术均处于国际先进水平。 5E-AC8018等温式全自动量热仪 5E-CHN2000元素分析仪 5E-MAG6600全自动工业分析仪 笔者进一步了解到,开元仪器公司重视创新的同时,积极推动我国煤质技术标准化建设,公司董事长罗建文先生一直是全国煤炭标准化技术委员会(SAC/TC42)委员,早在2002年受到中电联邀请,作为唯一生产厂家参与《煤的工业分析方法 仪器法》标准的制定工作;公司还致力于研制开发国外先进技术标准(如美国ASTM标准)中的仪器,参与制定《煤中全硫的分析方法 红外法》、《煤的元素分析方法 红外法》等国家标准。 “开元仪器公司的视野是全球市场,我们的公司员工经常出国考察,跟踪世界先进技术。公司不但执行全球采购,大量进口国外可靠的零部件用于煤质仪器上,也大力将公司达到国际先进水平、符合国际先进标准的煤质仪器推向国际市场。” 目前,开元仪器公司产品已远销欧盟、澳大利亚、印度、乌克兰、菲律宾、印尼、越南、泰国等10多个国家与地区,已出口的产品有5E系列量热仪、5E-MAG6600全自动工业分析仪、5E-MACⅢ红外快速煤质分析仪、5E-IRSⅡ红外测硫仪、5E-AFⅢ智能灰熔融测试仪等,是国内唯一能直接将产品打入国际市场的煤质仪器厂家;截至2008年底,公司产品在全球销售累积数量超过14000台。 企业荣誉 郭剑峰先生最后表示:“在这里,希望通过贵网这一优秀宣传平台发出我们的热情邀请:欢迎业内的朋友们莅临‘开元’指导工作,同时,希望与国内、外同行企业,以及相关科研院校开展多种形式的合作;目前,我们公司的流动资金比较充裕,也正在考虑并购一些分析测试行业的仪器生产厂家,以扩充我们自身的生产线。我们希望通过努力可以使开元仪器公司成为分析仪器行业内知名国际生产供应商和中国的标志性企业。” 附录:长沙开元仪器有限公司 http://chs5e.instrument.com.cn http://www.chs5e.com

煤质工业分析相关的方案

  • SDLA718煤质分析仪在煤焦工业分析检测中的应用
    本文对SDLA618在煤、焦工业分析检测中的适用性进行了论述,并对应用范围与检测条件的选择进行了研究与分析。
  • 莱玻特瑞煤质缓慢灰化方法
    马弗炉煤质分析缓慢灰化法,分析煤的灰分煤质分析缓慢灰化法为经典的煤质灰分测定方法,其化验过程检测时间较长,分析缓慢,但是结果准确,较为普遍使用。煤质分析测定原理:称取一定量的空气干燥煤样,放入煤质分析仪器马弗炉或快灰仪中,以一定的速度加热到(815±10)℃,灰化并灼烧到质量恒定,以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。煤质分析方法要点:称取一定质量的煤样在干燥箱中干燥至空气干燥煤样1g,放入低于100℃的马弗炉中,在30min时间内升温至500℃,在此温度下保温30min,再升至(815±10)℃,烧1h至质量恒定。以灰渣的质量占煤样质量的百分数为灰分产率。煤质分析仪器设备:1. 干燥箱 2.分析天平感量0.0001g3.马弗炉:能保持温度为(815±10)℃,炉膛有足够的恒温区,路后壁的上部带有排烟孔。4. 耐烧的瓷板和石棉板。 5.瓷灰皿 6.送样铲,坩埚架、不锈钢坩埚煤质分析测定步骤:在预先灼烧至质量恒定并已称量(称准至0.0002g)的灰皿中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g(称准至0.002g),摇匀、摊平。放入温度不超过100℃的马弗炉中,关上炉门使炉门留有15mm左右的缝隙,使炉内空气自然流通,促使煤样在空气中充分并完全燃烧,确保慢灰化验结果的精确性。在不少于30min的时间内将炉温缓慢升至500℃,并在此温度下保持30min。继续升温到(815±10)℃,管严炉门,在此温度下灼烧1小时。 从炉中取出灰皿,在空气中冷却5min左右,移入干燥箱冷却至室温(约20min)后称量。若灰分大于15%,则进行检查性灼烧,每次20min,直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止,取最后一次灼烧后的质量为计算依据。煤质化验须知:1.样品放置,煤样应置于灰皿中,并平摊、其厚度不应超过0.15g/cm2,2.灰皿要置于专用的灰皿架上放入高温炉中,而不应将灰皿直接置于炉底,灰皿的位置应在热电偶热端附近。用灰皿架,便于批量测定,操作方便。3.升温与控温要求:缓慢灰化法测定灰分采用三段升温法。在500℃前,要缓慢升温。使煤中硫化物分解有足够的时间。在500℃时,要求保持恒温并维持30min,以保证硫化物分解生成的SO2气体通过烟囱充分排出炉外。在500℃后,炉温升至(815±10)℃,此时碳酸盐分解完全,而SO2已从炉内排出,煤样灼烧至恒重(一般为1h),即完成测定。4.灰化条件 如果燃煤灰分含量大于15.00%,则应进行检查性灼烧,每次20分钟,直到连续两次灼烧后的质量变化不超过0.0010g为止。用最后一次灼烧后的质量来计算灰分含量。灰化完毕,自炉内取出灰皿,先置于空气中冷却10分钟左右,然后转入干燥箱中冷却至室温,约(15-20)分钟,称重。Aad = (m1-m0)/ (m——m0)×100%m-----加煤样后的质量,g m0---------灰皿质量,gm1--------检查性灼烧后的质量,g
  • 在线灰分测定仪在煤质测定中的应用
    灰分是评价煤质的重要指标,传统的灰分测定需要3h,结果存在较大的滞后性,不能及时掌握煤质信息,给洗煤生产和销售带来不便。随着现代电子技术不断提高、核物理技术民用不断普及,煤灰分在线检测已成为可能。A1290型灰分测定仪将成熟的核子射线技术及先进的计算机技术有机地、智慧地结合在一起,采用国际流行的集成线路器件,辅以直观、生动的软件界面,实现了煤灰分在线测量,显示出前所未有的快速、准确、便捷等特点。

煤质工业分析相关的资料

煤质工业分析相关的试剂

煤质工业分析相关的论坛

  • 基于化学计量学的现代光谱技术在煤质工业分析中的进展

    基于化学计量学的现代光谱技术在煤质工业分析中的进展 褚小立 刘宇 许育鹏 陈瀑 李敬岩 刘丹(中石化石油化工科学研究院有限公司,北京 100083) 摘要:煤炭作为一种关键的化石燃料,在全球能源结构中占据着不可替代的地位。随着全球能源需求的增长以及对环境问题的日益关注,煤炭品质的高效、精准、快速检测分析技术成为煤炭工业可持续发展的关键。本文系统综述了过去10-15年煤炭工业分析中,结合化学计量学方法的中红外光谱、近红外光谱、太赫兹谱、X射线荧光光谱、激光诱导击穿光谱、多光谱融合等技术在煤的识别、品质分析以及实时在线监测中的研究和应用现状,重点讨论了LIBS的仪器与实验方法、建模方法与策略、以及在煤炭工业在线分析中的应用现状。同时,还分析了当前面临的挑战,如基体效应和信号稳定性,并探索了通过改进仪器硬件、优化实验条件、以及采用先进的数据处理技术来提高LIBS性能的潜在途径。本文还对现代光谱技术在煤炭工业分析中的未来发展趋势和商业化潜力进行了展望,强调了光谱融合技术的重要性以及工程化的应用与实施,为煤炭的高效、清洁利用提供了科学技术支持。 关键词:煤炭;鉴别;光谱;机器学习;激光诱导击穿光谱 1引言 煤炭与石油、天然气一样,都是重要的不可再生的自然资源。其中,煤炭是世界上最丰富的化石燃料,在当今世界发挥着至关重要的作用。煤不仅能发电,而且还是钢铁生产、水泥制造和其他工业活动的基本燃料,在今后几十年里,煤炭预计仍将是一种重要的能源,在全世界的能源消费中占很大比例。因此,在“全球能源短缺”和“碳中和”的双重要求下,高效选煤、提高煤的燃烧效率,减少污染技术显得尤为重要。 煤炭是一种由多种有机物和少量无机物组成的混合物。煤中有机质元素主要是碳,其次是氢,还有氧、氮和硫等元素。煤是由复杂大分子组成的,这些分子由多个相似单元构成,单元核心是不同缩合程度的芳环以及一些脂肪环和杂环,并通过氧桥或次甲基桥连接,环上侧链包含烷基、羟基、羧基和甲氧基等。煤中无机质元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等,多以蒙脱石、依利石、高岭石等黏土矿物形式存在,还有黄铁矿、方解石、白云石、石英石等。 如何实现煤炭转化过程中的高效率和低排放是煤基能源材料发展所面临的一个主要问题。通过煤的分析表征,可以深入了解煤的组成、结构和性质,从而有助于提高煤炭转化效率减少污染排放,并可为煤炭转化利用开辟新途径。煤的分析表征主要包括煤的分子结构表征和煤质的工业分析两部分。煤的分子结构分析主要研究煤中芳香结构为主的环状化合物以及以链状结构为主的化合物,常用的光谱研究方法包括:X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)、拉曼光谱(Raman)、核磁共振谱(NMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等。 煤质的工业分析,主要包括煤的水分、灰分、挥发分、热值,以及硫等元素含量,煤的品质对煤的高效利用和污染排放有显著影响,例如,灰分含量可能导致结渣,挥发物和固定碳可能影响电厂的经济效益。传统的煤质工业分析一般采用离线分析,从采样、制样到检验结果的报出一般需要几个小时甚至更长的时间,其分析程序十分繁琐且耗时长,无法满足工业现场快速分析的需求。先前,一些检测方法如X射线、微波和快速γ中子活化等分析技术已应用于煤炭工业的在线检测。但这些技术在使用过程仍然存在很多问题,如仪器和运行维护比较昂贵,使用过程中会产生辐射污染等。此外,X射线和伽马射线仅对表征煤中的灰分信息有利,对表征挥发性物质和其他成分信息较弱。微波技术虽然安全,但通常只用于水分检测。因此,发展一种价格低廉、快速、多指标、高精度、无辐射污染的煤质工业分析技术具有重要的市场需求和价值。 https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410111448464014_7413_1606679_3.png!w690x374.jpg 图[font='Times New Roman',serif]1 光谱技术在煤分析发展过程中的关键技术时间节点 近二十年来,随着人工智能的快速发展,尤其是机器学习算法在分析技术中的应用,使得光谱技术(包括IR、NIR、XRF、THZ、LIBS等)经历着实验室化、便携式、机器人化、远程化和在线监测等阶段的演变(如图1所示),因其具有非破坏性、检测速度快、可多物性参数同时分析、且成本低廉等独特的优势,在石化、化工、钢铁和食品等流程工业得到了广泛的应用。近些年,与煤炭相关的工业尤其是电力行业对煤炭定价、配煤、燃烧优化等实时在线分析技术需求巨大,结合机器学习的光谱分析技术受到越来越多的关注和重视,有望成为煤炭工业快速和在线分析的主要手段。 本文主要介绍了用于煤炭工业分析的光谱原理和相关的机器学习算法,以及它们在煤炭快速和在线分析方面的研究现状和潜在应用前景,最后对该技术的未来发展趋势进行了展望。 2光谱分析技术 光谱技术在煤炭分析中的应用正日益广泛,涵盖了从元素分析到分子结构探究等多个方面(煤的光谱特征如图2所示)。 https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410111449027660_5040_1606679_3.png!w615x562.jpg A 煤样的 FTIR 光谱;B煤的典型 XRF 能谱;C 煤岩样品的THz时域光谱;D煤的典型 NIRS 光谱;E煤样的典型 LIBS 光谱 图2煤的光谱特征示意图 2.1中红外光谱 中红外光谱分析技术是一种基于物质分子振动和转动的原理进行分析的方法,广泛应用于煤的结构分析。由于煤中的大部分有机成分在中红外区(400~4000 cm-1)具有特异性吸收,故中红外光谱可对煤的分子结构(主要是官能团)进行分析(煤分子的特征谱带归属如表1所示),以掌握煤在转化过程中的性质变化,从而预测原始煤样和最终产品的特性及潜在应用。随着技术的进步,不同的采样技术如透射、漫反射、衰减全反射(ATR)和光声光谱(PAS)等被用于提高煤炭分析的准确性和重复性。此外,深度学习技术如CNN等也被引入到煤炭的中红外分析中,进一步增强了从光谱数据中提取有用特征的能力。 表1 煤的中红外光谱特征吸收谱带的归属 谱带区域 (cm-1[/sup]) 吸收峰 (cm-1) 官能团 归属 峰位 变化范围 3600–3050羟基的伸缩振动 3550 3550–3500 -OH 游离羟基 3400 3450–3350 -OH 氢键 3300 3300–3250 -OH 酚羟基 3150 3150–3050 -OH 醇羟基 3030 3060–3030 -CHX芳香族CHX的伸缩振动 3000–2800 芳香族CHX伸缩振动 2950 2980–2950 -CH3 非对称甲基 2925 2935–2925 -CH2 非对称亚甲基 2900 2910–2900 -CH 甲烷 2870 2880–2860 -CH3 对称甲基 2850 2860–2850 -CH2 对称亚甲基 2000–1500 双键的伸缩振动 16901715–1690 -COOH 羧基 1650 1690–1650 C=O 羰基 1600 1635–1595 C=C 芳香族双碳键 1490 1560–1460 C=C 芳香族双碳键 1460 1460–1435 -CH3 反对称甲基的变形振动 1450 1450–1440 -CH2 亚甲基的剪切振动 1375 1380–1370 [font='Times New Roman',serif]-CH3 甲基的对称变形振动 1300–1100 C-O 酚、醚、醇、酯中 C-O的伸缩振动 900–700芳香族CHX 的平面外变形振动 860 870–840 -CHX 一个相邻的芳香族 CHX 基团 815 830–815 -CHX 两个/三个相邻的芳香族CHX基团 750 760–750 -CHX 四个相邻的芳香族CHX[font=宋体]基团 540 550–530 -S-S- 二硫键 475 480–470 -SH 有机硫的-SH 2.2近红外光谱 近红外光(NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR)之间的电磁波,波长在780nm~2500nm范围内,主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的,反映含氢基团的倍频和合频吸收。近红外光谱具有很强的穿透能力,能够提供煤的化学和物理信息,如煤化程度和炭化程度。结合机器学习算法,NIR光谱可以用于预测煤的关键性质,例如水分、灰分、挥发分、固定碳和热值等。如多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)和极端梯度增强(XGBoost)等方法被用于煤炭的总热值(GCV)预测,显示出比传统近似值更高的精度。近些年,随着深度学习算法的发展,进一步提高了近红外光谱预测煤主要性质的的准确性和稳健性。如CNN和ELM的结合,为近红外光谱的煤炭工业分析提供了更为精确的预测模型。这些进展表明,近红外光谱技术结合先进的数据处理技术,为煤炭的高效、准确分析提供了强大的工具,有望在煤炭工业中得到广泛应用。 2.3太赫兹谱 太赫兹(THz)辐射,也称为亚毫米辐射或太赫兹波,是指频率范围为0.1~10 THz的电磁波,对应波长范围为0.03~3 mm,典型中心频率为1THZ。太赫兹波段的电磁波能够穿透许多非金属和非极性物质,如塑料、纸张、纺织品以及某些生物组织等。太赫兹谱分析技术具有非破坏性、高分辨率和广泛适用性等优点,但同时也存在信号弱、仪器复杂和信息解释困难等缺点。随着技术的发展和应用的推广,太赫兹谱分析技术在材料科学、生物医学、安全检测等领域有着广阔的应用前景。近年来,对太赫兹技术在煤炭工业中的应用研究越来越多,它通过分析煤炭和岩石对太赫兹波的不同响应来实现煤岩界面的识别,并且太赫兹时域光谱(THz-TDS)可以对煤层厚度进行精确表征,有助于提高煤炭的开采效率。 2.4X射线荧光光谱 X射线荧光光谱(XRF)是基于材料在受到初级高能[font='Times New Roman',serif] X 射线(0.01-10 nm)轰击后发射特征次级 X 射线光子,每种元素都会产生独特的发射线,其强度与样品中元素的浓度成正比。XRF是研究各种物体的元素成分的最通用的分析方法之一,它可以直接分析样品,从而避免繁琐费力的样品预处理步骤,具有明显的优势。XRF因其测量速度快、稳定性好而广泛应用于煤炭分析,适合煤中无机成分的定量分析并表现出良好的重复性。由于仪器限制和轻元素 X 射线产率低,XRF只能检测原子序数高于11的元素,无法分析与热值正相关的C、H等轻有机元素。近年来,LIBS或NIR和XRF技术的结合,形成了一种新型的双谱联用煤质分析方法,能够全面快速地测量煤炭的热值、挥发分、灰分和硫分等关键工业指标,为煤炭工业的质量控制和交易检测提供了强有力的技术支持。 2.5激光诱导击穿光谱 激光诱导击穿光谱(LIBS)通过将高能激光脉冲精确聚焦到样品表面,烧蚀微量样品并产生等离子体,通过等离子体的强度和波长绘制出光谱,其光谱数据与多种化学计量学算法相结合,可实现对样品的定性和定量分析。LIBS可以提供低原子序数元素的高灵敏度辨别(与XRF不同)、能够以优异的灵敏度和选择性检测所有元素,以及安全操作(与 PGNAA 相比,无需任何放射源),被认为是煤炭质量分析的有效分析工具。 尽管LIBS技术在煤质分析中具有潜力,但由于煤结构的复杂性,LIBS煤质分析也面临一些挑战,如常量元素自吸收效应、微量元素灵敏度低和测量重复性差。自吸收效应是由于光在传输路径中与相同原子或分子的跃迁相互作用而产生的,这会影响等离子体的形态和LIBS信号的稳定性。为了提高LIBS在煤炭分析中的灵敏度,研究人员采用了多种增强策略,包括单光束分裂LIBS技术(SBS-LIBS)、双脉冲激光诱导击穿方法(DP-LIBS)以及飞秒激光诱导击穿光谱(Fs-LIBS),为煤炭分析带来了新的视角。机器学习算法在煤炭的LIBS分析中的应用正日益成熟,涵盖了校正样本选择、光谱预处理、特征选择、免校准方法、定量校正方法、多元主导因子方法、分类建模策略以及深度学习等多个方面。 在线LIBS系统可将激光脉冲直接作用在传送带上移动的煤块上,实现煤质的原位实时分析。然而,由于煤炭固有的非均质性以及LIBS测量时烧蚀量较小,无法保证采样的代表性。此外,激光到样品距离变化引起的样品表面不稳定烧蚀会大大增加物理基体效应。为了提高采样代表性,最近的LIBS系统采用煤颗粒流来提高采样代表性,或采用在线样品制备装置提高分析结果的准确性。 2.6高光谱成像 高光谱成像技术是一种将成像技术与光谱技术相结合的技术,可同时获得样品的图像数据信息以及图像中每个像素点的光谱信息,即高光谱数据三维立方体。高光谱成像的光谱范围通常涵盖了从紫外到中红外的较宽波段,长波近红外区(1100-2500nm)多用于地质勘探、材料分析等领域,特别适用于煤岩识别,能够预测生物质颗粒的特性,如挥发性物质、固定碳和灰分含量。高光谱成像能够通过分析煤岩的光谱反射数据来实现高精度的识别,这些光谱特征有助于分析煤炭的化学组成和结构特征。例如Mondal等研究了来自自印度贾里亚和拉尼甘杰盆地不同地区的78个煤炭样本的高光谱特征,所有煤炭样本在不同波长下都表现出明确的吸收特征,并利用吸收特征确定了煤质参数,获得了令人满意的精度。随着技术的发展,高光谱成像技术在不断进步,便携式和小型化高光谱相机逐渐兴起,数据处理技术的进步也在推动其发展,其在煤的分析领域具有较大的发展潜力和市场机遇。 3机器学习 光谱技术结合机器学习算法,在煤炭分析领域实现了突破性进展。通过优化光谱预处理和特征工程,以及应用深度学习、数据融合等先进技术,研究人员提升了煤炭性质预测的准确性和效率。 3.1光谱预处理和特征工程 3.11光谱预处理 光谱预处理是提高光谱分析精度的关键步骤,涉及多种技术以优化数据质量和模型性能。常用的谱图预处理方法主要包括Savitzky-Golay (S-G)平滑、导数、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、小波变换(WT)、归一化以及自适应迭代加权惩罚最小二乘(airPLS)等。研究表明,SG导数可在不引入额外噪声的情况下提高光谱分辨率和灵敏度,保留信号的关键特征。Park等为提高LIBS法估算煤炭发热量的准确性,通过PLSR模型分析了不同预处理方法对LIBS数据的影响,发现SG导数预处理的模型误差最小。Li等利用LIBS对44种不同发热量的煤样进行定量分析,分析比较了平滑、SNV、MSC、MC、卷积导数(Savitzky?Golay)等不同光谱预处理方法对定量模型的影响,结果表明采用11点平滑结合二阶导数的定量模型综合性能最优,可明显消除元素间影响。 由于煤的化学和物理特性的复杂性,通常需要综合运用多种光谱预处理方法来提高分析的准确度和精密度。Zhang等为有效提高LIBS煤质测定的准确度和精密度,首先对比了通道归一化和全谱区归一化两种不同的归一化方法,并结合PLSR和SVR两种回归算法,初步选定各指标合适的校准方法。然后,进一步研究小波阈值去噪(WTD)去噪对定量分析的影响,结果表明,全谱区归一化结合SVR方法可以获得更好的测定结果,WTD与SVR的结合使用在估计煤的发热量和灰分方面表现出色,从而证实了正确选择预处理方法的重要性。Guan等采用P操作辅助的自适应迭代加权惩罚最小二乘(P-airPLS)、等离子体温度补偿和光谱归一化算法对LIBS的煤炭信号进行双重校正,碳元素的相关系数由非线性提高到0.948以上[/font]。这些研究表明,选择和组合合适的预处理方法,可以有效提升煤炭光谱分析的性能。 3.12 特征工程 在光谱分析中,优化波长变量的选择对于提高定量模型的预测精度至关重要。遗传算法(GA)作为一种全局优化工具,常用于筛选重要的光谱变量。然而,GA可能面临过拟合和局部最优解的问题。WANG等提出了一种新的优化算法——深度协同自适应移动窗口偏最小二乘遗传算法(DSA-MWPLS-GA),DSA-MWPLS-GA能够准确确定相关信息波长变量的位置以及预处理方法的优先级和参数,通过选取波长变量模式,显著提高煤炭近红外定量模型的准确度。 siPLS方法是也优化谱子区间选择的常用方法,Li等利用LIBS检测煤粉颗粒流,对定量模型中GA和siPLS的变量选择方法进行了分析比较,结果表明,采用siPLS选择变量的模型的预测精度进一步提高。在特征提取方面,主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)是常用的两种方法,但面对大规模数据集时可能面临挑战,促使研究者开发了改进方法。Yu等研究了基于NIRS数据的不同多元数据分析方法来识别煤炭的产地,引入PCA、Isomap和LDA来提取特征,提出了一种改进的LDA(iLDA)算法,识别率达[font='Times New Roman',serif]97.21%。Xue等采用红外光谱鉴别煤炭地理来源,利用PCA、聚类分析和OPLS-DA协同作用,有效地区分来自不同地区的煤炭。 3.2模式识别 3.21无监督学习 无监督学习方法可以自动在数据中寻找模式,无需预设标签或人为干预。K-means聚类是最广泛使用的无监督技术,它主要用于将样本划分到不同的簇中,使得同一簇内的样本相似度高,而不同簇之间的样本相似度低。Zheng等用LIBS检测分析来自11个产地的100个煤样,并通过K-means聚类有效的将煤样划分为4个簇,同一簇内煤样光谱和煤质信息相似。无监督学习方法常与有监督学习方法结合,以增强数据分析的效果。Peng等利用LIBS针对煤、污泥和生物质的分类建立了结合K-means和SVM算法的两步分类模型,先对样品进行无监督的K-means聚类,然后对聚类结果进行SVM监督分类。与单一的SVM分类模型相比,两步分类模型在保证准确率的情况下可以节省58.92%的运算时间。 3.22监督学习 监督学习方法通过分析已有的带标签数据,学习如何预测新样本。光谱分析中常用的有监督学习方法包括[font='Times New Roman',serif]KNN、SIMCA、SVM等。其中,SVM作为一种高效的模式识别工具,在煤炭工业分析中扮演了重要角色。在煤炭识别领域,Yang等采用PCA和高斯径向基核主成分分析(GRB-KPCA)提取特征,建立基于SVM的分类模型,有效区分了煤和碳质页岩等其他物质。He等采用双能X射线成像和双视角可见光成像的方法,以SVM为分类模型,可以识别并回收废料中的伪中质煤(Pseudo-mediumcoal),最高识别率可达95%。Wang等将SVM识别应用于煤样近红外光谱[font=宋体],成功区分不同类别的煤炭样本并建立了不同的PLSR模型,并获得了比全样本集模型更好的预测结果,从而证明了通过SVM分类将煤炭样本匹配到相应模型可以提高预测能力。 3.23半监督学习 在近期的研究中,半监督学习在提高分类和预测模型的准确性方面展现出巨大潜力。特别是在煤质分析领域针对训练样本数量不足的条件下,该技术的应用正成为研究的热点。Thomas讨论了半监督学习在多变量校准中的潜力,通过结合标记和未标记数据,可以减少条件预测偏差,特别是在标记数据量有限且预测特性值远离标记数据中心时,这种优势更为明显。Wang等提出了一种基于对抗神经网络的半监督分类模型(SGAN),用于解决LIBS在煤炭分类中标记数据不足的问题。SGAN模型能够有效利用未标记数据提高分类精度,当标记和未标记样本数量达到一定程度时,模型最高平均分类准确率可达到98.5%。此外,与卷积神经网络(CNN)和随机森林(RF)方法相比,SGAN在未标记样本数量增加时展现出更高的分类性能。Yin等提出了一种集成深度学习方法,通过结合无监督深度学习技术(StackedAuto-Encoder, SAE)和有监督深度学习技术(Bidirectional LongShort-Term Memory, BLSTM),开发了一种半监督软测量建模方法。该方法在选煤过程中对煤炭关键性质的预测中表现出色,尤其是在处理大量未标记数据时,能够显著提高预测精度和效率。半监督学习技术不仅提高了模型对稀有或难以获取标记数据情形下的适应性和鲁棒性,还增强了模型的预测精度,从而降低成本并提高生产效率。这些研究成果为煤炭行业以及其他需要处理大量未标记数据的领域提供了新的解决方案和思路。 3.3 回归分析 在煤炭工业分析中,常用的光谱回归分析方法包括多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量回归(SVR)等。PLSR通过迭代方法找到与因变量具有最大协方差的新的主成分,能够最大程度地解释自变量和因变量之间的关系,是最常用的线性回归方法。Ni等针对LIBS的煤炭分析建立了SVR、BP、RF和PLSR的四种校准模型,结果表明PLSR具有更好的预测稳定性和更快的训练速度。此外,PLSR与其他数据分析方法如LASSO和RF,进一步提升了煤炭分析的精度和可靠性。例如,Lv等利用皮尔逊相关系数(PCC)、互信息(MI)、最小绝对收缩和选择算子(LASSO)和随机森林(RF)识别重要变量,作为PLSR的输入变量,提高了LIBS对煤灰分含量分析的定量性能。 SVR是一种广泛应用的非线性回归技术。为了提高SVR在煤炭工业分析中预测精度,研究人员常将SVR与其他方法结合使用,如Bui等针对煤炭热值的预测开发了PSO-SVR模型,并与其它三种模型(CART、MLR和PCA)进行比较,所提出的具有径向基函数的 PSO-SVR 模型具有更好的准确性。Dong等利用LIBS分析煤样中的碳含量,确定了与MLR模型变量相关的碳原子和分子发射线,提出采用PLSR和SVR对MLR模型的残差误差进行校正,结果表明,SVR校正可以达到更好的测量精度。 3.4深度学习 深度学习因其在识别数据模式、自动挖掘大规模数据集的深层特征和结构方面的优势而备受推崇。众多深度学习架构中,卷积神经网络(CNN)因其出色的应用效果而成为煤炭识别与分析的主流选择。CNN由卷积层、池化层以及全连接层组成,卷积层利用图像中信息的局部相关性来提取特征,池化层通过采样从上层特征图中选择特征,是一类具有卷积计算和深层结构的前馈神经网络。CNN的优势在于权重共享和局部连接,这减少了参数数量,加快了运算速度,并通过其强大的特征提取能力,实现煤炭性质的快速准确识别和分类。Yang等提出一种基于高光谱数据的CNN煤岩识别方法,通过选取最合适的学习率、特征提取层数、dropout率,生成最佳的CNN分类器用于高光谱数据岩识别[font='Times New Roman',serif]。实验表明,该一维卷积神经网络模型的识别准确率达到94.6%,高于BP(57%)、SVM(72%)和DBN(86%)。 随着研究的深入,研究人员开始探索将CNN与其它机器学习算法相结合,以提高预测精度。Xiao等提出了一种结合CNN和ELM的识别模型,称为RS_PSOTELM。该模型首先利用CNN从煤炭的光谱数据中提取关键特征,然后通过ELM对这些特征进行分类,最终在煤炭识别任务中实现了98.3%的高准确率。Song等开发了一个名为SR-TELM的深度学习模型,该模型结合了CNN和TELM。为了增强模型的性能,SR-TELM在CNN中引入了空间注意力机制和残差连接。空间注意力机制使模型能够集中于光谱数据中的关键区域,而残差连接则帮助模型抑制噪声干扰。这些技术的融合使得SR-TELM能够基于热红外光谱数据,快速且准确地分析煤中各组分的含量 此外,随着硬件和软件技术的进步,其它深度学习模型也在不断开发,以适应更大规模的数据集和更复杂的分析任务,并在煤炭分析领域中展现出广阔应用前景和强大的实用价值。例如Zhou等采用Poly、RFR、[/fon

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