广东科立恩环保科技有限公司广东省广州市510670
摘要：作为诸多化石能源中地球储量最为丰富的一种，煤炭能源在推动经济发展方面，具有无法被替代的重要作用，随着社会对煤炭能源的需求不断上升，环境污染、资源稀缺等问题逐渐显露了出来，要想避免上述问题进一步恶化，关键是通过提高煤炭质量的方式，使煤炭资源的利用效率得到提升。文章首先简明扼要地概括了煤炭灰分检测的意义，然后便结合实际情况，以光谱分析技术为切入点，围绕着煤炭灰分的检测方法展开了研究，供相关人员参考。
关键词：光谱采集；煤炭灰分检测；光谱分析技术
引言
作为对煤炭质量进行评价的核心指标，煤炭灰分的作用主要体现在影响选煤厂商品煤价格的制定方面，正是因为如此，提升煤炭灰分的检测速度，成为各厂在生产和管理过程中，需要解决的关键问题。常规检测法的缺点主要体现在无法对煤炭成分进行实时获取的方面，基于小能量光源，围绕着煤炭表面具有的光学特性展开探究，在此基础上确立拥有比常规检测法效率更高的灰分检测方法就显得很有必要。
一、煤炭灰分检测的概述
作为煤炭经历完全燃烧后产生的固体残渣，煤炭灰分含量给煤炭运输及利用带来的影响都是无法忽视的，也正是因为如此，煤炭灰分才被视作对煤炭质量加以评定的核心指标。目前，较为常见的灰分检测方法包括辐射法、光电法以及光谱法，作为在线灰分检测的代表，上述方法不仅保证了检测质量，还减轻了工作强度，需要注意的是，由于在线灰分检测出现的时间较晚，到目前为止，仍旧面临着装置不完善的问题，提高检测水平是保证此类方法得到广泛应用的关键[1]。需要注意的是，以辐射法为代表的检测方法具有较强的辐射性，较易给周围环境和研究人员的健康带来危害，因此，本文所开展试验应用的能量源为小能量光源，这样做的目的是提高检测过程具有的安全性。
二、基于煤炭灰分建立检测模型
（一）获取并处理光谱数据
1.选取样本
选取样本对模型稳定性、预测结果准确性具有决定性的作用，本文选择灰分已知的煤样，作为对测试和训练样品进行配制的主要材料，在配制过程中，研究人员尽量做到均匀分布样品灰分（如图1），这样做能够使模型适用范围得到扩展。以煤样粒度为依据，围绕着煤样表面所具有反射率展开研究，结果表明：在诸多可能给样品表面所具有光谱反射率带来影响的因素中，煤样粒度的影响较大。另外，光纤探头的采集范围相对较小，这就要求试验过程中需要应用到的样品，其粒度应当被控制在0.5mm﹣0.25mm的范围内，并且利用相关检测方法，通过灼烧称重的方式，完成针对样本灰分展开的测量工作，将测量结果作为模型的参比值。
图1样本灰分的分布图
2.采集样品反射光谱数据
选取煤炭样品为后续光谱数据的采集提供支持，采集光谱数据时，研究人员应结合实际需求，对光谱数据的最佳采集参数加以确定，具体如下：积分的时间为1000ms；平滑窗口的宽度为14；次数的平均值为20次。为了避免由于外界光变化，导致光谱采集结果受到影响的情况发生，针对样品表面的反射光谱数据展开的采集工作，需要在暗箱中展开。以相同试验条件为前提，对测试样品12组和训练样本88组的数据进行采集和比较。
3.处理原始光谱数据
研究结果表明，噪声信号较易给原始光谱带来影响，进而导致光谱数据曲线有“尖刺”的现象出现，另外，噪声信号还会给有用的光谱信息带来干扰，基于此，选择与实际情况相符的方法，完成原始光谱数据的预处理工作，就显得很有必要。想要将存在于光谱反射数据中的“尖刺”彻底消除，首先应利用平滑算法处理试验所得原始反射光谱数据，实践结果表明，平滑算法在减少噪声现象、提高光谱曲线平滑度等方面具有十分重要的作用。其次需要完成的工作就是光谱数据求导，作为在诸多用来对光谱数据进行预处理的方法中，使用频率较高的方法之一，光谱数据求导能够减小谱线受多组分影响，出现重叠现象的可能性，另外，以样品密实度为依据，围绕着其可能给样品表面的光谱数据带来的影响展开研究，可得出以下结论：样品密实度较易给光谱曲线高低带来影响，但对曲线趋势的影响微乎其微。也就是说，光谱数据求导的作用主要体现在削弱煤样密度可能给试验结果带来的影响方面。接下来应明确的内容是采集光谱时受到散射的影响是无法避免的，多元散射校正的作用体现在两个方面，分别是消除散射影响和修正基线偏移情况，本文所展开试验选择多元散射校正作为预处理样品反射光谱的主要方法，并且取得了良好的成效。最后通过标准正态变量变换，对固体颗粒导致的散射现象进行消除，研究结果表明，经该法处理后的光谱数据，反射率范围与处理前相比存在明显的变化，但变化趋势没有发生改变[2]。
（二）灰分检测模型的建立
煤炭灰分检测模型采集试验样本共100个，由测试集样本12个和校正集样本88个组成，利用灼烧称重法获取测试集、校正集样本所对应灰分的实际数据，选择测试集样本作为实际灰分的对比，用以对模型预测的准确性进行检验，选择校正集样本作为建模需要应用的参比值，完成灰分检测模型的建立工作。以最佳微型光谱仪参数为前提，对煤炭样本表面的反射光谱进行采集，将其作为原始数据应用在建模的过程中。另外，通过试验能够发现，反射光谱的两端数据存在重复性较差的问题，基于此，在建模工作正式开始前，研究人员首先应将两端数据进行剔除，在500nm﹣1000nm的波长范围内，对波长点反射率进行选择，并将其视作模型输入数据，加以应用，然后再以偏最小二乘作为建模的主要算法，完成后续工作，选择该法的原因如下：与其他建模算法相比，基于偏最小二乘所建立的检测模型，在内部稳定性方面具有十分突出的表现。
结论：综上所述，文中讨论的试验，将煤炭表面具有的光学特性作为前提，利用光线光谱仪对煤炭表面的反射光谱进行采集，在此基础上完成了以煤炭灰分和反射光谱间的关系为主要内容的研究，实践结果表明，将煤炭灰分检测与光谱分析技术相结合，具有明显的创新意识，并且试验结果的准确性较高。总而言之，希望文中讨论的内容能够在某些方面给从事相关研究的人员以启发，使得煤炭灰分检测的质量和效率得到大幅度提升。
参考文献：
[1]赵忠辉.基于无源的煤质在线检测技术发展与应用分析[J].煤炭技术,2018,37(01):312-315.
[2]任淯,孙雪剑,戴晓爱,岑奕,田亚铭,王楠,张立福.全谱段光谱分析的块状商品煤种类鉴别[J].光谱学与光谱分析,2018,38(02):352-357.