应用红外测量技术分析煤质成分的新方法

　　引言

　　目前，快速分析煤质的方法主要有活化中子法、电容法、微波法和双能，射线衰减法等。这些方法具有一定的优点，能快速分析燃煤成分，但是它们只能对燃煤的一个或几个指标进行测量，且具有一定的放射危险性。

　　利用红外线测量原理分析煤质是目前快速分析煤质的一种新手段。它能快速准确地对燃煤进行全面的分析，而且具有样品准备时间短、信噪比高、非破坏性、能在非接触的条件下进行测量及无放射性等优点，是煤质快速分析技术的一个研究热点。

　　一、原理

　　1.1 基本原理

　　通过中红外MIH(middle infrared)透射方式获得的四种煤样光谱图如图1所示。

　　在有机物及部分无机物分子中，化学键结合的各种集团(如C=C、N=C、O=C、0=H、N=H)的运动(伸缩、振动、弯曲等)都有它固定的振动频率。当受到红外线照射时，分子被激发而产生振动，同时光的一部分能量被吸收，测量其吸收光可以得到复杂的图谱，这种图谱包含了被测物质的特征信息。被测物质的每一种成分都有特定的吸收特性，就像每一个人都有唯一的指纹。通过图谱解析，可以获得这种成分的含量。燃煤的某一种成分含量越高，对特定波长的红外光吸收能力就越强。

　　收能力就越强。图1主要描述了四种煤样的三种主要无机物和有机物(芳香族、脂肪氢、甲基或经基)在所对应波长处不同的吸收特性。其中T为透射率，log(1/T)是获得透射率的方式。

　　傅里叶变换光谱技术可以保证信号的稳定性，减轻传统红外测量所遇到的噪声干扰问题;而相对于单色光，干涉光更能测量煤粉中的各种成分含量。所以，对煤质的红外光谱分析是以傅里叶变换红外光谱干涉仪(FT-MIR)为基础的。傅里叶变换漫反射红外干涉光谱仪分析煤质成分装置如图2所示。

　　1.2测量原理

　　试验中燃煤样本的选择要具有一定的代表性，燃煤的来源必须覆盖一个地区的多个火电厂或多个煤矿。通常红外线定量分析技术需要几十个甚至上百个燃煤样品，建立预测模型的步骤如图3所示。

　　1.2.1光谱的获得

　　获得所选样本的光谱分析值是非常重要的环节，它直接决定了校准方程的建立和预测模型的精确度。煤粉预处理过程和试验过程的主要干扰因素随接收方式不同而改变，干扰因素不同，所采用的光线预处理方式也就不同。在光线的接收方面，有透射光TIFT(transmission infrared Fourier transform)、漫反射光DRIFT(diffuse reflectance infrared Fourier transform)和衰减全反射光ATR(attenuated total reflectance)三种方式。下面对这三种接收方式进行分析比较。