在线激光煤质分析仪_北京理工大学

全元素快速定量检测方法及绿色技术，实现在线实时检测的需求。

一、项目分类

关键核心技术突破

二、成果简介

1、研发背景

在食品、药品、冶金、煤炭、化工等各行业的工业现场特定工业步骤上需要原料在线全元素监测设备，以保证生产质量，因此，都需要快速获取其成分及元素信息的在线检测系统，用以实现在线原料配比、工业品判别、质量评价等过程管控，实现无人值守的智能化生产制造，节能增效，现在基本采用传统的靠经验、抽检、人为调配方式，难以精确生产、人为因素影响大、品质难于保障。离线的全元素分析方法有气相色谱法、液相色谱法、质谱法等工序复杂，耗时长，无法实时指导在线生产。因此，不能满足智能工厂和数字工厂对现场工艺的实时调控与质量监测等升级换代的需求，如智慧电厂对煤炭在线检测和实时自动配煤的需求、药厂对于药品质量的实时监测和管控、食品安全方面农残等有害物质的快速评测等。一直缺少相关全元素快速定量检测方法及绿色技术，难以实现在线实时检测的需求。

针对不同行业的不同产品所涉及多种不同元素，特别是轻元素（Z<11）的快速实时定量检测需求，本前沿技术依托脉冲激光诱导原子发射光谱的绿色技术，解决全元素快速检测的技术问题，开发快速全元素定量检测智能光谱技术，从而解决智能制造领域的关键传感器环节的产品需求，将在食品、药品、煤炭、土壤、冶金等领域实现大规模应用，填补相关传感器缺失的技术空白。

2、解决主要问题

瞄准国家智能制造快速全元素检测技术空白，针对煤电企业十三五规划节煤降耗重大需求，注重理工结合，基于微区增强光谱理论及技术研制开发了在线煤质分析仪。利用大介电常数限域理论及放电增强光谱技术部分抑制了基体效应的影响【OE，2017；OE，2018】，光谱强度增加近10倍，光谱稳定度提高了57%，实现了高精度光谱测量，解决了煤质检测准确性低、稳定性差的问题，进而完成了高稳定性全元素快速检测光谱系统产业化应用【JAAS，2020】，建立了产业化基地。该系统可完成C、H、N、S在内的50余种元素高精度快速定量分析，并给出煤热值、灰分、挥发分、水分四大指标。

3、创新性

技术创新：利用大介电常数限域理论及放电增强光谱技术部分抑制了基体效应的影响【OE，2017；OE，2018】，光谱强度增加近10倍，光谱稳定度提高了57%，实现了高精度光谱测量，解决了煤质检测准确性低、稳定性差的问题。

算法创新：依托智能算法，实现了六个月以上的稳定监测，有效的抑制了环境导致的信号变化。

技术先进性：突破了激光激发稳定性，算法鲁棒性等重要问题，目前是目前市场上唯一可选的依托激光光谱技术的煤质在线检测设备，是全国第一台安装在电厂的在线激光煤质监测设备；是唯一已经在工业化现场工作超过6年的工业化系统；唯一的算法稳定性超过半年的工业化设备。

4、推广应用价值
为该行业提供了绿色煤质在线检测解决方案，先后在华电国际集团邹县、章丘等电厂装机七套，打通煤电企业燃烧控制最后一个技术环节，每个机组可年均节能百万元，总计节能千万余元，并大大降低了元素检测不当导致的锅炉事故率，将改变煤电行业的粗犷式运行方式。该系统还将在海关、土壤、医药等民用领域实现大规模应用，服务于“中国制造2025”的国家战略。

工业企业在线质量管理，煤电企业节能降耗，燃烧控制，品质鉴定，土壤行业元素快速监测，海关大宗商品有益有害元素快速筛查。

已建立了产业化基地，是唯一已经在工业化现场工作超过6年的工业化系统，先后在华电国际集团邹县、章丘等电厂装机七套。

我国全元素快速检测市场潜力巨大，涵盖煤质检测、土壤检测、药品检测等多个行业，市场容量近千亿元。仅以电厂为例，我国有5500家规模较大的电厂，按单台400万算，我们按10%市场占有率来看，销售规模将超20亿元。

传统元素检测技术采样率低，样品准备和处理过程繁琐，例如电力行业煤质分析需要4-6个小时，不能满足实时配煤、燃煤精细化控制、节能增效等大环境需求；现存实时分析技术都是依托于放射性方法，如中子活化技术等，其放射性受到行业抵触；并需要严格的安评和环评检查。

全元素快速检测仪，融合了LIBS技术实时、绿色环保的优点，并在此基础上首创光谱增强方法，大大提高检测准确性，突破LIBS技术产业化难题，真正实现又快又准检测。由此可见，我们的产品具有独一无二的技术优势，解决了检测行业痛点，迎合检测市场需求，发展前景广阔。

设备运行后，全部元素检测准确度均达到行业标准，章丘电厂每年直接节煤效益106万元，间接经济效益高达1500万元（科学配煤，以标煤800元/吨为例，保守估计发电利用小时在5000小时左右，每年可节约1500万元）事故率为0，带来安全效益高达3000万元。（以600MW机组燃煤电厂为例，全年一般有2-3次“熄火”事故，损失200万元以上；1-2次爆燃事故，损失超过2000万元；另外，10多次因“带不上负荷”造成调度局的AGC罚款，损失超过500万元）2018年6月，基于LIBS的土壤实时检测车载系统实验成功。2019年于南京土壤所签订意向订单100套。

公司拟定以下五个发展阶段，最终于2024年创业板上市。产品便携式快速元素检测仪，售价80-120万；台式检测分析仪，售价150万-300万；实时检测系统，售价200-400万。2022年我们累计销售额达到1500万的销售额，2023年预计销售额分别为3000万元。

前期应用情况：已经在华电国际章丘电厂（以连续工作六年）、莱州电厂、淄博电厂、邹县电厂等装机在线监测光谱系统7套。并且已经完成海关矿石等大宗商品在线监测系统的开发和现场应用，以及土壤快速监测车载系统，为长春光机所和南京土壤所提供技术服务。

为煤企提供了绿色煤质在线检测解决方案，先后在华电国际集团邹县、章丘等电厂装机七套，打通煤电企业燃烧控制最后一个技术环节，每个机组可年均节能百万元，总计节能千万余元，并大大降低了元素检测不当导致的锅炉事故率，将改变煤电行业的粗犷式运行方式。该系统还将在海关、土壤、医药等民用领域实现大规模应用，并且在曹妃甸海关完成海关矿石等大宗商品在线监测系统的开发和现场应用，以及土壤快速监测车载系统，为长春光机所和南京土壤所提供技术服务。