煤炭，素有 “工业的粮食"“黑色的金子" 之称，是人类应用历史最久的矿石能源之一。它在地球上储量丰富、分布地域广，全球煤炭资源量达 136093 亿吨 ，从早期的日常燃烧、冶铁，到工业时代作为蒸汽机的主要燃料，推动火车等产物的出现，煤炭一直是工业发展的重要支撑。
在现代工业中，煤炭的地位依旧举足轻重。在能源供应方面，尤其在一些发展中国家，煤炭仍然是主要的能源来源之一，用于发电、供热等领域。以我国为例，煤炭在能源消费结构中占比虽随着清洁能源的发展有所下降，但依旧是重要的能源支柱。同时，在钢铁生产中，煤炭是至关重要的原料，煤炭化工产业也在不断发展，通过深加工将煤炭转化为更有价值的化工产品，如通过煤炭的焦化生产煤焦油、焦炉煤气、焦炭等产物，这些产物不仅可作为燃料，还能用于生产合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。
煤炭的品质直接影响其使用效率和应用范围，不同品质的煤炭在燃烧热量、灰分和含硫量、热量等方面存在差异，这决定了它们适用于不同的工业场景。因此，准确检测煤质的各项指标至关重要，它是煤炭合理利用、提高工业生产效率和产品质量的关键。
在煤炭行业发展的漫长进程中，传统煤质检测方法长期占据主导地位，为煤炭质量把控发挥了重要作用。传统煤质检测主要依靠化学分析方法，如通过燃烧煤炭样品，然后对燃烧后的残渣进行称重来确定灰分含量；利用化学滴定法测定煤炭中的硫含量；通过量热仪测量煤炭燃烧所释放的热量，以此得出煤炭的发热量。
但随着煤炭行业的发展，传统检测方法的局限性日益凸显。在效率方面，传统检测流程繁琐，从样品采集、制备到各项指标的分析检测，往往需要耗费大量时间。像一列运煤车采样完成后，采用传统检测方法至少需要 8 小时才能完成检测，这对于煤炭的快速周转和高效利用形成了阻碍。在一些大型煤炭交易场景中，因检测时间长，导致煤炭装卸和交易延迟，影响了整个供应链的效率。
从成本角度来看，传统检测需要使用多种化学试剂和专业设备，采购和维护这些物资与设备成本高昂。而且检测过程中需要专业技术人员操作，人力成本也不容小觑。例如，在进行煤质全分析时，需要用到元素分析仪、工业分析仪等专业设备，这些设备价格动辄数万元甚至数十万元，再加上化学试剂的持续消耗，使得检测成本居高不下。
在环保方面，传统煤质检测也存在问题。检测过程中使用的化学试剂，在检测完成后若处理不当，会对环境造成污染。部分化学试剂具有腐蚀性或毒性，随意排放会危害土壤和水体。此外，传统检测方法产生的废渣、废气等废弃物，若没有妥善处理，也会给环境带来压力 。
在传统煤质检测方法面临诸多困境时，近红外光谱技术犹如一道曙光，为煤质检测领域带来了新的希望和变革。
近红外光（Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为 780 - 2526nm 的区域 ，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱技术正是基于物质对近红外光的吸收特性来实现对物质成分和结构的分析。当近红外光照射到煤炭样品上时，煤炭中的有机分子含氢基团（如 OH、NH、CH 等）会吸收特定波长的近红外光，引起分子振动能级的跃迁 。不同的化学键或官能团具有不同的振动频率，对应着不同波长的近红外光吸收峰，通过检测这些吸收峰的位置、强度和形状等信息，再结合化学计量学方法建立校正模型，就可以准确地推断出煤炭中各种成分的含量和性质，从而实现对煤质各项指标的精确检测。
1. 准确性高有保障：虽然近红外光谱技术与传统理化分析方法相比精度略逊，但它给出的测量准确度满足生产过程中质量监控的实际要求。通过合理选择样品、优化校正模型以及采用先进的数据分析算法，可以进一步提高检测的准确性和可靠性。在实际应用中，近红外光谱技术对煤质各项指标的检测结果与传统方法的检测结果具有高度的相关性，能够为煤炭的生产、加工和利用提供可靠的数据支持。
2. 检测速度创纪录：传统煤质检测方法完成一次全分析可能需要数小时甚至数天，而近红外光谱技术一旦完成仪器定标，检测速度极快。采用二极管列阵型检测器结合声光调制型分光器的分析仪，可在几秒钟内完成一次测量 ，即使是普通的近红外光谱分析仪，也能在不到一分钟的时间内完成待测样品多个组分的同步测量，真正实现了快速检测，极大地提高了煤炭检测的效率，满足了现代煤炭行业对快速检测的需求。
3. 在线检测实时控：近红外光谱技术可以实现对煤炭生产过程的在线实时检测。将近红外光谱仪安装在煤炭生产线上，能够实时监测煤炭的质量变化，及时发现生产过程中的异常情况，为生产调整提供及时的依据，有助于提高煤炭生产的稳定性和产品质量，减少次品率，提高企业的经济效益。
4. 绿色环保无污染：检测过程无需化学试剂，避免了化学试剂对环境的污染，也不存在化学废弃物的处理问题，是一种绿色环保的检测技术，符合当前社会对环境保护的要求，有助于煤炭行业的可持续发展。
煤炭中水分含量过高会带来诸多危害。在煤炭运输方面，会增加运输成本，因为水分的存在使得煤炭的总重量增加，却不能提供额外的能量。在储存过程中，高水分煤炭容易引发煤炭的氧化和自燃，降低煤炭的品质。而在燃烧利用时，水分蒸发需要吸收热量，从而降低了煤炭的有效发热量，增加了能源消耗 。例如，在某火力发电厂，使用水分含量过高的煤炭作为燃料，导致发电效率降低，同时为了达到相同的发电量，不得不消耗更多的煤炭，增加了发电成本。
传统的煤炭水分检测方法主要有烘干法、卡尔・费休法等。烘干法是通过加热样品使水分蒸发，然后称重计算水分含量，这种方法操作简单，但检测时间长，通常需要数小时甚至更长时间，而且对于含有挥发性物质或易分解的样品可能不适用。卡尔・费休法是一种专门用于测定微量水分的滴定方法，虽然测定结果准确，灵敏度高，但操作相对复杂，需要专业的滴定设备和试剂，成本较高。
近红外光谱技术检测煤炭水分时，利用水（H2O）分子中含有大量的 -OH，是一种特别强的近红外吸收剂，其峰值总是在 1400nm - 1550nm 和 1900nm - 2000nm 的特性，通过建立数学模型，实现对煤炭水分含量的快速测定。科研人员通过收集大量不同产地、不同品质的煤炭样品，使用近红外光谱仪采集其光谱数据，并同时采用传统烘干法测定其水分含量，以此建立近红外光谱水分检测模型。经过对模型的验证和优化，结果显示，该模型对煤炭水分含量的预测误差在可接受范围内，与传统烘干法的检测结果具有高度的相关性。在某大型煤炭企业的实际应用中，采用近红外光谱技术进行煤炭水分在线检测，实时监测煤炭生产过程中的水分变化，及时调整生产工艺，有效提高了煤炭产品的质量稳定性，减少了因水分含量波动导致的产品质量问题。
煤炭中的硫元素在燃烧时会转化为二氧化硫等硫化物排放到大气中，对环境造成严重危害。二氧化硫是形成酸雨的主要成分之一，酸雨会对土壤、水体、植被等生态系统造成破坏，影响农作物生长，使土壤酸化，导致水体生态失衡，危害水生生物的生存。同时，二氧化硫还会对人体健康产生不良影响，刺激呼吸道，引发咳嗽、气喘等疾病，长期暴露在高浓度的二氧化硫环境中，还可能导致肺部疾病的发生 。例如，在一些以煤炭为主要能源的工业城市，由于煤炭燃烧排放的二氧化硫过多，酸雨频发，对当地的生态环境和居民健康造成了极大的威胁。
传统的全硫检测方法主要有艾氏卡法和高温燃烧法。艾氏卡法是国际上通用的标准方法，准确度高，可作为仲裁用，但测定周期长，最早需第二天才能获得结果，操作步骤繁琐，分析测试流程复杂。高温燃烧法包括高温燃烧酸碱中和法、高温燃烧库仑法和高温燃烧光谱法等，虽然速度快，但测定精度不及艾氏卡法高，在日常测定中一般能满足需要，但不能作为仲裁分析用 。
近红外光谱技术检测全硫的原理是基于煤炭中含硫化合物在近红外区域的特征吸收峰。不同的含硫化合物具有不同的分子结构和振动模式，对应着特定波长的近红外光吸收。通过分析这些吸收峰的信息，并结合化学计量学方法建立校正模型，从而实现对煤炭全硫含量的检测。与传统方法相比，近红外光谱技术检测全硫具有快速、高效的优势，能够在短时间内完成大量样品的检测，大大提高了检测效率。而且该技术无需使用化学试剂，避免了化学试剂对环境的污染和对操作人员健康的危害。在某煤炭检测实验室的应用中，使用近红外光谱技术对煤炭样品进行全硫检测，检测结果与传统高温燃烧库仑法的检测结果对比，误差在合理范围内，且检测速度大大提高，从原来的每个样品检测需要几十分钟缩短到几分钟，有效提升了实验室的检测能力和工作效率 。
煤的工业分析是评价煤炭质量的重要手段，主要包括水分、灰分、挥发分和固定碳的测定。通过工业分析，可以了解煤炭的基本性质和质量状况，为煤炭的合理利用提供依据。例如，灰分含量反映了煤炭中矿物质的含量，灰分过高会降低煤炭的热值，增加燃烧后的废渣量；挥发分含量则与煤炭的燃烧特性密切相关，挥发分高的煤炭容易着火燃烧，但燃烧稳定性可能较差。
传统的工业分析检测方法存在诸多局限性。在检测时间上，各项指标的测定分别需要不同的实验步骤和时间，整个工业分析过程耗时较长。而且不同指标的检测方法可能存在误差，综合起来会影响对煤炭品质的准确判断。例如，传统的灰分测定需要将煤炭样品在高温下灼烧至恒重，这个过程通常需要数小时，不仅耗费时间，而且对实验设备和操作人员的要求较高。
基于近红外光谱技术的煤质在线检测系统HF-2100，具有诸多优势。它能够在短时间内同时测定煤炭的水分、灰分、挥发分和固定碳等多个指标，实现了煤炭工业分析的快速化和一体化。而且该仪器操作简单，对操作人员的专业技能要求相对较低，降低了人工成本和人为误差。在某煤炭加工企业中，采用近红外工业法分析仪器对煤炭原料和产品进行实时检测，根据检测结果及时调整生产工艺参数，优化煤炭加工流程，提高了煤炭产品的质量和生产效率，降低了生产成本，为企业带来了显著的经济效益 。
