T/CBWA0028一2024《燃煤性能指標快速檢驗方法激光誘導擊穿光譜法》解讀

Interpretation of T/CBWA 0028-2024， Rapid testing method of coal performance index-Laser induced breakdown spectroscopy

CHEN Xiaoxuan1.2.3.4 LI Ting13.4 LI Zhichun1.2 XIAO Wei1.3.4 HUANG Wenhao1.3.4 LU Weiye1.3.4* （1.Guangdong Instituteof Special Equipment InspectionandResearch ShundeBranch;2.SchoolofElectric Power Enginering，South China UniversityofTechnology;3.National IndustrialBoilerQualityInspectionandTestingCenter Guangdong;4.National Center for CarbonMetrology，Guangdong）

Abstract：TheassociationstandardT/CBWAoo28-2O24，Rapidtestingmethodofcoalperformanceindex—Lasernduced breakdownspectroscopy，wasoffcialleleasedonOctober29，2024.Thispaperprovidesadetailedinterpretationof the standard，coveringitsbackgroundandsignificance，developmentprinciples，maintechnicalcontent，andapplication status.Itaims tohelprelevantpersonnel tobeterunderstand thestandardamongrelevantstakeholders，therebypromoting its widespreadadoption.Thestandard isdesigned toregulatecriticalinks inthermal power enterprises，includingcoal sampling，coalqualitytesting，anddataverification，toenhance themanagementeficiencyandeconomicperformanceof theseenterprises，support thecleanandeffcientutilizationoffosilenergyresources，and improve thestandards system for coal quality testing in the thermal power industry.

Keywords：coal; rapid testing; laser induced breakdown spectroscopy; carbon emission

0 引言

T/CBWA0028—2024《燃煤性能指標快速檢驗方法激光誘導擊穿光譜法》（以下簡稱《燃煤激光快速檢驗法》）于2024年10月29日正式發布。該標準的提出與制定，是積極貫徹落實國家碳達峰碳中和綠色發展戰略以及煤電低碳轉型要求的關鍵舉措，旨在為企業采用激光誘導擊穿光譜法（Laserinduced breakdownspectroscopy，簡稱LIBS）開展燃煤性能指標快速檢驗工作提供指導。本文結合標準條文，深人剖析了采用激光誘導擊穿光譜法進行燃煤性能指標快速檢驗的主要技術要求，著重闡明標準的理解要點與應用關鍵，為相關企業及從業人員提供清晰的實踐指引，進而推動該標準在行業內有效和廣泛的實施，推動能源行業的綠色低碳轉型升級。

1標準制定的背景和意義

我國“雙碳”目標的實施對能源的高效低污利用提出了更高的要求[]，當前以煤電為主的能源格局仍將持續較長時間[2]。2024年我國能源消費總量為59.7億噸標準煤，其中煤炭消費占比高達54%^[3] ，由此產生的溫室氣體排放量巨大。要實現“雙碳”目標，準確計算與核查用煤企業的溫室氣體排放是關鍵環節之一[4]。碳平衡法作為目前國際認可的碳排放監測方法之一[5]，其碳排放量計算結果主要取決于煤質參數的準確性。傳統的煤質檢測主要基于化學分析方法，然而，該方法存在檢測周期較長、人為影響因素高等局限性，難以滿足用煤企業對實時掌握碳數據的迫切需求。因此，發展一種能夠快速獲取煤質指標的標準檢測方法具有重要意義。

近年來，激光誘導擊穿光譜法受到廣泛關注，GB/T38257—2019《激光誘導擊穿光譜法》對激光誘導擊穿光譜法的基本原理、試驗條件、設備及裝置、樣品處理、試驗步驟、數據處理等流程進行了規范。在煤質分析應用方面，國內外的多項研究均驗證了該方法在檢測煤元素含量及工業分析等方面的可行性[7-9]，但尚未形成統一的標準規范。因此本標準基于煤質快速檢測的迫切需求，提出一種將激光誘導擊穿光譜法應用于煤質快速檢測的方法。該方法可全面涵蓋煤質檢測要求的主要元素（碳、氫、氮、全硫元素含量）及工業指標（灰分、揮發分、發熱量）全范圍，有助于進一步完善煤質檢測標準體系。

2標準的編制原則

2.1規范性原則

《燃煤激光快速檢驗法》根據《中華人民共和國標準化法》及其《實施細則》，以及GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》進行編制。

2.2適用性原則

本標準適用于燃煤中碳、氫、氮、全硫元素含量以及灰分、揮發分、發熱量等煤質指標的快速檢測。

2.3可行性原則

本標準制定以《碳排放核查與監測服務平臺建設及相關技術研究》《燃料端碳排放數據分析技術研究及平臺開發》等科研項目系列成果作為基礎。目前上述科研項目均已取得階段性成果，研發了激光誘導擊穿光譜煤質快速分析設備，且在多個燃煤發電企業建立了應用試點，該試點已經連續無故障運行超過2年，具有較高的可行性。

3 標準主要技術內容

《燃煤激光快速檢驗法》的整體結構按照一般的標準結構編排，內容主要包括范圍、規范性引用文件、術語和定義、原理、試驗條件、儀器、樣品采

集制備、定標模型的建立與驗證、樣品測定、結果報告、方法重復性、方法準確度，共12章。

3.1激光誘導擊穿光譜煤質快速分析儀的原理

本章節對采用激光誘導擊穿光譜技術實現燃煤性能指標快速檢驗的原理進行了概述。激光器發出的脈沖激光聚焦至煤樣表面并燒蝕樣品產生等離子體，等離子體的發射光譜數據由探測器采集；根據煤樣光譜數據與煤質指標之間的相關關系建立線性或非線性關系，建立多個煤樣的定標模型，即可實現對煤的碳、氫、氮、全硫元素含量以及灰分、揮發分、發熱量的快速定量分析。

3.2試驗條件

本章節規范了激光誘導擊穿光譜燃煤性能指標快速檢驗的試驗條件。按照測試或應用的要求，在進行煤樣元素含量或特性指標定量分析時，應注明環境的具體參數（氣氛、壓力、溫度、濕度等）及變化范圍。儀器應避免放置在振動、高粉塵、強氣流、酸堿等腐蝕及強電磁場的環境。保持儀器供電電壓、頻率穩定，接地良好。試驗人員應嚴格按照GB7247.1—2024的要求做好激光安全防護。

3.3儀器

本章節規范了儀器的構成及使用方法，激光誘導擊穿光譜煤質快速分析儀應由進樣系統、激光器、光譜儀、光學系統、控制系統、數據分析系統構成，用于在煤樣上激發等離子體、探測等離子體譜線信號，加以分析處理并獲得煤樣各測試指標的集成光學分析儀器。

進樣系統用于將待測樣品輸送至激光聚焦區域，能夠保證樣品處于可持續激發位置。激光器采用脈沖寬度1ns量級的固體激光器，聚焦在煤樣表面的超短脈沖激光能夠迅速燒蝕樣品表面并激發出等離子體，激光能量的相對標準偏差應不大于 5% 。

光譜儀的波長測量范圍和分辨率應滿足對C、H、O、N、 Mg 、Si、Ca、Al、Na和K等元素特征譜線識別的需求。宜采用標準光源對光譜儀進行光強校準。

光學系統應同時具有將激光器發出的激光聚焦至樣品表面以及將等離子體輻射光耦合進光譜儀的功能。光學聚焦元件的尺寸應大于激光器光斑直徑，所有聚焦元件對應激光波長的透過率應不低于 95% ，聚焦后激光功率應能夠激發出樣品的等離子體。

控制系統實現激光器和光譜儀的時序控制，對光譜儀信號采集的延遲時間、門寬、積分時間等參數進行設定，激光器實際產生激光與光譜儀采集之間的時間控制誤差宜控制在1ns以內。

數據分析系統實現等離子體光譜數據的收集、存儲、處理，以及進行煤樣元素含量和特性指標的定量分析。

3.4定標模型的建立與驗證

本章節規范了反映樣品激光誘導擊穿光譜與煤質分析指標之間關系的定標模型的建立與驗證方法和要求。定標模型可采用單變量定標、多變量定標等方法進行建立，將預處理后的光譜輸入定標模型，計算出待分析指標的測定值。

使用驗證樣品集驗證定標模型的準確性和重復性，應用建好的定標模型進行檢測，采用標準規定方法測定其標準測定值，激光誘導擊穿光譜法與標準方法的測定結果之差應滿足表1的要求，

3.5樣品測定

本章節規范了樣品測定的流程。首先用戶開機預熱，將測量系統通電，確認各軟硬件處于正常工作狀態。檢測前宜將儀器預熱，以確保激光器、光譜儀等達到穩定狀態。進行儀器設置，測定樣品時，試驗條件和激光誘導擊穿光譜煤質快速分析儀的參數設置應當與測定定標樣品集、驗證樣品集時保持一致。上機測試，當儀器達到穩定狀態后，準備上機測試，將制備的煤樣置于進樣系統中，進行測試分析。

4 標準應用情況

該標準適用于基于激光誘導擊穿光譜法（LIBS）的燃煤性能指標快速檢測。目前，標準起草單位已開發了基于LIBS技術的煤質快速分析設備，并在數家火力發電企業中得到應用，主要用于燃煤熱值和含碳量的快速檢測。結果表明，該標準的實施顯著提升了煤質參數的檢測效率與準確性，為碳排放數據的統計與核查提供了可靠依據，有效支持了企業的綠色低碳轉型，具有廣泛的應用前景。

5結語

《燃煤性能指標快速檢驗方法激光誘導擊穿光譜法》標準的制定與實施，填補了我國在燃煤性能指標快速檢驗領域的標準空白，為火力發電企業實現燃煤性能指標的高效、準確檢測提供了科學、系統的方法論。通過激光誘導擊穿光譜法，企業能夠快速獲取煤質關鍵參數，如碳、氫、氮、全硫元素含量以及灰分、揮發分、發熱量等，從而提高能源利用效率，降低污染物排放，為實現火電行業的綠色低碳轉型奠定堅實基礎。通過宣貫、實施本標準，能夠有效規范火力發電企業煤樣采制、煤質檢測、數據核驗等關鍵環節，提高火電企業的相關管理水平和經濟效益，助力化石能源清潔高效開發利用，完善火電行業煤質檢測標準體系。

參考文獻

[1]中共中央 國務院.中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見[EB/OL].（2021-10-24）[2024-12-26].https：//www.gov.cn/zhengce/2021-10/24/content_5644613.htm.

[2]國家發展改革委，等.關于加強煤炭清潔高效利用的意見[EB/OL]. （2024-09-11）[2025-01-21].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202410/content_6978315.htm.

[3]中國石化集團經濟技術研究院有限公司，等.中國能源展望2060（2025年版）[EB/OL].（2024-12）[2025-03-06].https：//www.sgpjbg.com/baogao/186781.html.

[4]陳小玄，盧偉業.T/CAS454—2020《火力發電企業二氧化碳排放在線監測技術要求》解讀[J].中國標準化，2022（23）：180-183.

[5]周向忠，羅子明，梁成虎，等.煉化企業碳平衡法計算 CO₂ 排放量[J].石化技術，2023.30（6）：268-270.

[6]全國標準樣品技術委員會.激光誘導擊穿光譜法：GB/T38257—2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

[7]Guo L B， Zhang D，Sun L X，et al. Development in theapplication of laser-induced breakdown spectroscopy inrecent years：a review [J].Frontiers ofPhysics，2O21，16（2）：1-16

[8]姚順春，喻子或，徐水秀，等.氬氣環境下煤炭的激光誘導等離子體特性研究[J].工程熱物理學報，2023，44（11）：3140-3150.

[9]陳小玄，盧志民，姚順春，等.正態曲線剔除法提高LIBS快速測量煤炭灰分精確度[J].中國電機工程學報，2019，39（4）：1105-1113.

（責任編輯：馬磊）