《基於雷射誘導擊穿光譜的煤質檢測儀器研究》是依託山西大學，由尹王保擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於雷射誘導擊穿光譜的煤質檢測儀器研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：尹王保
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用雷射誘導擊穿光譜(LIBS)在空氣環境下進行煤質分析時，由於雷射激發能量的起伏和樣品表面的不平整以及電漿空間分布的變化等因素，導致光譜數據的起伏從而影響測量精度，成為制約該技術實際套用的關鍵問題之一;同時煤中氧含量、硫含量的測量是影響該技術實際套用的另外兩個關鍵問題。本項目擬在改進現有實驗樣機平台的基礎上，對光譜數據通過最佳化選擇分析線、電漿溫度校正等方法實現對煤中常見元素的定量分析；利用內標法解決在空氣環境下對煤中氧含量的測量難題；利用雙脈衝激發技術實現硫含量的測量難題，利用特殊設計的測量室結合氣掃技術解決粉塵環境下光學系統長期穩定工作的技術瓶頸，在元素分析的基礎上完成向工業分析指標轉換的模型研究,利用光機電氣一體化設計實現雷射煤質線上分析儀器的集成創新。本項目技術原理和方法可在地礦、環保、醫藥、材料、考古、食品安全、生化及冶金等領域推廣和套用。
結題摘要
我國燃煤種類多、煤質差異大，煤質分析對於以煤為能源或原料的發電廠、水泥廠、焦化廠等行業十分重要。利用煤質分析數據通過合理配煤可以提高煤的使用效率降低單位能耗、減少設備非計畫停運保證生產安全運行、降低有害物資排放減少對大氣的污染。但目前的煤質分析方法和技術遠遠不能滿足實際需求。本項目在科學基金的支持下，解決了國內外利用雷射誘導擊穿光譜（LIBS）技術進行煤質分析存在的主要難點。研究組結合內標法、溫度校正法、多線法等措施獲得在空氣環境下煤中全氧和無機氧的含量，由此實現了在空氣環境下對煤中有機氧的定量分析，分析精度達到±1.4%；研究組經過大量的實驗最終決定選用921.3nm、922.8nm、923.8nm的特徵譜線作為煤中硫的分析譜線，不僅避免了其它元素譜線的干擾還避免了硫在紫外波段螢光易淬滅的現象，同時利用均衡激發技術，克服了S元素激發電位高的難題，實現了在空氣環境下對硫元素的定量分析，分析精度達到±0.2%；研究組提出結合Boltzmann-Maxwell分布和Saha-Eggert公式來提高電漿溫度測量精度，建立了基於McWhirter準則的電漿局部熱平衡態光譜數據判據，發展了光譜數據的電漿溫度校正技術，使煤中常規元素分析精度達到：C、Si、Al平均±1.1%，H、N、Ca、Mg、K、Na、Ti、Fe、Mn、P、Cu平均±0.2%；建立了元素分析向工業分析指標轉換的模型，發熱量誤差＜±500KJ，灰分、揮發分測量相對偏差(RSD)分別≤±1.5%、±1.1%；採用校準光源的光斑成像經電控單元控制雷射與樣品的對焦及光學探頭角度，解決了工作環境變化引起系統偏離最佳工作狀態的問題；利用正壓保護和高壓吹掃技術，進行光學系統的即時吹掃除塵，解決了光學系統受工業粉塵污染的問題；利用雷射功率信號與設定值比較誤差信號經PID處理後反饋調整雷射電源的氙燈供電電壓來糾正功率偏離，實現了脈衝光功率的長期穩定，解決了因環境變化、器件衰變而導致光功率漂移問題，長時間的功率變化率優於±1.5%。在上述研究的基礎上，研製了雷射煤質線上檢測（分析）儀器樣機。樣機在山西神頭電廠、中煤集團朔州楊澗洗選公司進行了實地現場實驗檢測，達到了預期目的。利用該項目研究成果，項目組還研製了水泥生料品質線上雷射檢測與最佳化控制設備，並在山西中條山水泥廠和山西雙良鼎新水泥公司進行了現場中試實驗。
