1 山西大学 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学激光光谱研究所， 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
实时获知煤炭发热量对于及时调整电站锅炉风粉配比和提高煤炭燃烧效率具有重要意义，为了实现电力生产中发热量的稳定快速检测，提出了一种近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy， NIRS）与X射线荧光光谱（X-ray Fluorescence， XRF）联用的煤炭发热量高稳定检测方法，它结合了NIRS能高稳定检测煤中与发热量正相关的有机基团的优势与XRF能高稳定检测与发热量负相关的成灰元素的特点，大大提高了对煤炭发热量的测量重复性。在光谱预处理中，先将两套光谱融合作为偏最小二乘回归的输入变量进行全谱初步建模，依据回归系数选择NIRS光谱中的有效波段，再将它与XRF光谱中的成灰元素谱线一并融合进行归一化处理。建模时将预处理后的融合光谱数据作为输入变量，利用偏最小二乘回归对煤炭发热量进行建模。实验结果表明，NIRS-XRF联用方法对定标集煤样发热量预测的线性相关度系数（R2）为0.995，对验证集煤样发热量预测的最小均方根误差、平均相对误差和标准偏差分别为0.24 MJ/kg，0.61%和0.05 MJ/kg，测量重复性满足小于0.12 MJ/kg的国家标准。NIRS-XRF联用的煤炭发热量高稳定检测方法有望推广应用于火力发电、煤化工、冶金、水泥和焦化等“高碳”行业，助力我国按期实现碳中和目标。
近红外光谱 X射线荧光光谱 光谱融合 煤炭发热量 高稳定检测 near infrared spectroscopy （NIRS） X-ray fluorescence （XRF） spectral fusion coal calorific value high-stability analysis 光学 精密工程
2023, 31(13): 1880
1 沈阳工程学院辽宁省电力仿真控制重点实验室, 辽宁 沈阳 110136
2 东北大学信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110819
3 沈阳工程学院仿真中心, 辽宁 沈阳 110136
4 武汉大学动力与机械学院, 湖北 武汉 430072
目前由于部分电站锅炉所用到的燃煤大多为配煤, 在有些情况下, 其复杂的物理化学特性导致难以获得高精确度的常规近红外定量分析模型, 这给电煤发热量的在线检测带来了一定困难。 针对该问题, 深入研究了电煤近红外光谱时域和频域特征, 提出一种能够通过全局优化策略自动在频域内建立最优近红外定量分析模型的新方法—频域自适应分析法。 该方法首先将时域近红外光谱通过快速傅里叶变换转换为频域近红外信号; 然后采用有效光谱能量率得到合适的频域信息范围; 接着根据近红外光谱频域下的相关系数谱图、 方差谱图以及谐波在频域中的坐标合理构建了频域信息量评价参数, 利用该参数对模型输入变量的种群位置进行初始化; 最后采用频域分区搜索和综合性能评价函数得到最佳建模方案。 与此同时, 结合电煤煤粉近红外图谱的特性, 并以其发热量为待测目标对该方法进行了验证, 取得相对较好实验效果, 与传统方法主成分回归、 偏最小二乘回归、 反向传播神经网络以及基于遗传算法的偏最小二乘回归和支持向量机回归相比, 该方法预测精度更高, 并且有效避免了频域随机搜索潜在的过拟合和虚假有效模型的弊端, 具有良好的应用前景。 此外, 该方法也可推广用于其他类型的光谱定量分析。
近红外光谱 快速傅里叶变换 频域自适应分析法 发热量 电煤 定量分析 Near infrared spectra Fast Fourier transform Frequency domain self-adaption analysis method Calorific value of electric coal Quantitative analysis model 光谱学与光谱分析
2014, 34(10): 2792
1 中北大学机械与动力工程学院, 山西 太原 030051
2 山西农业大学工程技术学院, 山西 太原 030801
煤炭的发热量是评价煤炭品质的重要指标。 首先对比分析了平滑处理、 微分处理、 多元散射校正(MSC)以及标准归一化(SNV)等光谱与处理方法在改善煤粉近红外漫反射光谱信噪比的效果, 然后利用偏最小二乘法(PLS)和主成分分析方法(PCR)分别对采用每种预处理方法处理后的光谱建立煤粉发热量模型, 发现采用5点平滑处理、 多元散射校正和标准归一化处理可使模型的性能有较明显的改观, 5点平滑效果最好, 相关系数、 校正标准差和预测标准差分别为: 0.989 9, 0.0004 9和0.0005 2, 采用25点平滑处理产生了过平滑现象, 导致模型的性能变坏, 采用微分预处理后的光谱建立的模型没有明显变化, 对模型的性能影响不大。
近红外光谱 漫反射 发热量 预处理 NIR Diffuse reflection Calorific value Preprocessing 光谱学与光谱分析
2013, 33(12): 3212
