[发明专利]煤质含硫量紫外吸收光谱测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于分析方法及仪器的技术领域，具体涉及一种煤等可燃物质中含硫 量的紫外吸收光谱测量方法及装置。

背景技术

煤炭在我国一次能源消费中占据主导地位，并且未来煤炭仍将在我国能源结 构中发挥不可替代的作用。然而燃煤产生的SO₂带来严重的大气污染问题，己经 影响我国经济的持续发展和人民的生产生活。快速准确地测定煤中硫含量，对煤 质分类和定价、各环保部门降低二氧化硫对环境的污染以及指导企业选煤都将提 供重要的技术依据。目前国内外应用于煤质硫含量快速分析的方法主要有高温燃 烧库仑法和红外吸收法。

库仑法过程是经高精度天平称量的样品在催化剂作用下，在1150℃高温中 充分燃烧分解，硫的主要产物二氧化硫随载气一起进入电解池中进行检测，二氧 化硫被碘化钾、溴化钾溶液吸收，以电解碘化钾、溴化钾溶液所产生的碘、溴进 行滴定。根据电解所消耗的电量计算煤中全硫的含量。该方法单样分析时间仅需 6min，能够稳、准、快地完成煤中全硫的测定，适应于管理的需要。目前国内 库仑滴定法使用的较多，价格相对便宜且适合推广。不足之处在于电解池、电极、 空气净化系统需定期维护，电解溶液需经常更换，对高硫煤测量准确性较差。

红外吸收法的测定原理是煤样送进炉内后，在富氧条件下燃烧，样品中的硫 主要转化为二氧化硫(SO₂)。燃烧烟气经干燥、滤除粉尘等预处理后，用特定 波长的红外光照射处理后的气体，被探测器接收，根据Lambert-Beer定律，由吸 光度和事先知道的吸收截面计算SO₂气体的瞬时浓度，从而计算累积的总硫量。 红外吸收光谱法测量煤中全硫分是一种先进的分析方法，已列入ASTM标准， 测量精确，但需要定期维护预处理系统，更换相应的化学试剂，否则残留的干扰 成分会影响测量结果。此外，仪器设备昂贵，以美国SC2432DR型测硫仪为例， 平均价格在4万美元左右，且维修/维护费用高，难以在国内的煤炭和电力行业 普及应用。

发明内容

本发明针对库伦法和红外吸收法测硫分析方法及仪器存在的不足，提出一种 具有自适应能力的煤质含硫量紫外吸收光谱测量方法及装置，减少了定期维护、 调校的工作量，降低了设备及维护成本，测量结果准确、快速、测量范围宽，并 易于被非专业人员掌握。

本发明采用如下技术方案：利用基于紫外吸收光谱法的SO₂浓度检测系统， 替代库仑法中碘化钾、溴化钾电解液和红外吸收法中的SO₂检测系统，由于SO₂分子在290～310nm波段具有较强的差分吸收结构，采用具有自适应能力的差分 吸收度和差分吸收截面数据处理方法实时测量煤样燃烧烟气中的SO2浓度，能 有效地去除烟气中水蒸汽的吸收、光学系统的透过率、气体本身引起的Rayleigh 散射及其它组分和烟尘颗粒的散射和吸收的影响，进一步由SO₂瞬时浓度和烟气 流量计算煤样燃烧析出的总硫量，利用总硫量除以煤样量，从而实现煤质含硫量 的快速、准确分析，大大减少了分析仪器的维护工作量。

煤质含硫量紫外吸收光谱测量方法包括如下步骤：

1、将煤样送入燃烧炉进行燃烧，并将煤燃烧产生的烟气通入测量室，使用 紫外平行光束照射测量室中的烟气，再接收并采集通过烟气的透射紫外 光，入射平行光束的光谱强度为I₀(λ)，经过光程长度为L的测量室后的 光谱强度为I(λ)，其中λ为入射光的波长。

2、计算吸收光谱强度I(λ)与入射光谱强度I₀(λ)之比的对数值即 吸收度

3、对吸收度D(λ)进行基于经验模态分解EMD的自适应滤波降噪处理，获 得差分吸收光度D′(λ)，具体算法如下：

1)对噪声污染的吸收度D(λ)进行经验模态分解EMD，得到k个本征模态 函数IMF分量D_i(λ)和趋势项r(λ)，其中i＝1，2，....k；

2)计算吸收度D(λ)各分解尺度下本征模态函数IMF分量D_i(λ)噪声的均方 值σ_1i，根据粗大误差检验的3σ准则，设定各尺度本征模态函数IMF分 量的阈值t_1i＝3σ_1i，其中i＝1，2，....k，σ_1i计算过程如下：