一、概述
煤的发热量是衡量煤质最重要的指标之一，其中碳是煤中最主要的可燃成分，也是煤中最基本的成分，其含量约占35%~85%，氢是煤中单位发热量最高的元素，但含量不多。另外煤中氧和硫的含量也会影响煤的发热量，本研究对于煤的发热量的快检分析是基于以上元素含量的分析进行的。
煤中不能燃烧的矿物质在燃烧后形成灰分，是煤中的杂质。灰分容易隔绝可燃物与养护剂的接触，使得煤不易充分燃烧，同时灰分的排放也会污染环境，因此准确估计煤中灰分具有重要的实际意义。
安科慧生研制的高灵敏度X射线荧光光谱仪MERAK-CEMII和快速基本参数法（FastFP），通过对仪器结构及软件分析方法的优化，大幅提高对轻质元素的分析能力，结合自建的数学模型，能快速估计煤的发热量及灰分，同时具有样品制备简单、现场检测、分析速度快、分析成本低等优势。
二、方法原理
1)单波长X射线荧光光谱仪原理
单波长X射线荧光光谱仪(HSXRF)采用全聚焦型双曲面弯晶技术，将X射线光管出射谱中靶材特征射线衍射聚焦到样品一点，大幅降低或消除X射线管出射谱中连续散射线背景对样品元素谱的干扰，提升元素检测信噪比，相对传统XRF检出限降低1-2个数量级，单波长X射线荧光光谱仪实现对微量和痕量元素的检测分析。
2)快速基本参数法
基本参数法(FP)是XRF定量分析的一项重要技术，其通过对X射线荧光物理学明确的物理现象建立基本参数库和数学模型，经过大量计算直接得到样品中各元素的含量，解决了XRF基体效应、元素间吸收增强效应、谱线重叠干扰、探测器各种效应等对定量分析的复杂性和不确定性，实现欠缺标准样品情况下的样品元素定量分析。北京安科慧生研发的快速基本参数法(FastFP)是全面的基本参数法，在样品适应性、定量精度、扩展性等方面处于领先地位
3)煤炭组分数学模型
单波长X射线荧光光谱仪(HSXRF)得到的煤炭中碳(C)元素和金属元素的含量，为建立煤炭发热量与灰分数学模型提供可靠的数据。
煤炭工业组分计算模型采用了前馈神经网络(BPNetworks)和最小二乘法，通过扫描大量样品，得到元素含量和谱图信息，对大量信息进行主成分分析(PCA)，得到有效变量，然后进行机器学习，得到高准确性的数学模型，拟合优度(R)达到0.99以上。
煤炭工业组分计算模型与FastFP算法采用数据库的方式深度融合，具有极高的扩展性，可以针对不同煤种进行算法学习，扩展其适应范围。
三、实验数据
准确性
在收集的16种煤标准样品中，种类包括了气煤、肥煤、气肥煤、焦煤、弱粘煤、贫瘦煤、无烟煤、长焰煤。热值范围为13.90~32.22MJ/kg，灰分范围为5.39~51.68%，估计结果及偏差如下表所示。
通过对部分煤灰标准样品的分析，MERAK-CEMII对不同种类煤的发热量以及灰分均具有较为准确的估计。
四、应用特点
1)快速：5分钟可以完成样品从制备到分析；
2)现场检测：PHECDA-ECO可以完成现场完成煤质发热量和灰分及硫元素的快速检测；
3)检测成本低：单个样品分析成本降低至5元/样品；
4)扩展性：可以扩展分析煤质杂质元素含量和粉煤灰、煤矸石中元素含量分析。
