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激光在线气体分析仪在太钢的应用
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国内炼钢厂的煤气回收系统，较多使用在线取样分析仪系统进行回收，但在线取样分析仪的取样管易腐蚀、堵塞； 响应时间滞后；维护和标定工作量大；溶解和吸附导致测量数据偏小；只能检测“点”气体浓度，检测信息不完整； 受背景气体、粉尘干扰，测量数据偏小； 单参数测量，只能测量气体浓度，不能同时测量温度、流速等原因，使得影响转炉煤气回收率。太钢使用NEOM(挪威)
激光
（LaserGas）气体分析仪系统进行煤气回收，激光分析仪的使用维护简单方便，减少了影响煤气回收系统的故障和维护量，提高了煤气回收率。
一、工艺目的
钢铁工业中的基本工艺为间接熔融冶炼法。其生产过程包括：钢铁冶炼、焦炭冶炼、轧钢系统等生产工艺，在生产过程中将产生大量的可回收的能源气体，分析检测这些气体的含量，具有非常重要的作用。
1、优化生产工艺：如高炉炉气分析系统、转炉/电炉/精炼炉炉气分析系统等；
2、能源气回收利用：如转炉煤气回收分析系统、焦炉煤气分析系统等；
3、环保节能：如热风炉后烟道气分析系统、烧结/石灰窑烟道气分析系统；
4、能源利用率：如通过分析仪系统，受PLC程序联锁控制，使得所回收的气体热值得到保障；
5、安全控制分析：如高炉喷煤分析系统、电捕焦安全分析系统、电除尘安全分析系统，煤气回收系统安全保障等。
二、激光(LaserGas)分析仪的工作原理
激光气体现场在线分析仪采用单吸收线光谱技术，基于在近红外区域内对被测气体单吸收线的挑选。首先通过对所选吸收线进行光谱分析，使得在所选吸收线波长内无其它气体的吸收线（无交叉吸收干涉）。然后，通过调节固态激光器温度和驱动电流，将固态激光器频率调整对应到气体的单吸收线。激光扫描光谱宽度相应调整到比被测气体单吸收线光谱宽度更窄。通过改变固态激光器的电流，包含单吸收线的激光波长被扫描发射出来。
在激光扫描发射期间，作为波长的一个特性，接收单元探测到的光强度将发生变化，且此变化只是来自发射单元（Transmitter）内部的激光器与接收单元（Receiver）之间的标定管或转炉气体烟道管内被测气体分子对光线强度的吸收。探测到的单吸收线的形状和尺寸（见图2）用来计算发射单元和接收单元之间的气体含量。而其它气体的吸收线不会出现在所选波长范围内，因此不会对单吸收线产生干扰，从而影响气体含量测量。激光气体现场在线分析仪工作时，把烟道一侧发射单元上的红外激光发射到烟道另一侧上的接收单元上，其测量技术正是基于用烟道内存在的气体分子测量对光的吸收量。
测量原理被称为：红外单线吸收光谱。它是基于这样一个事实：大多数气体只吸收特定波长的光。吸收量是烟道内气体含量的一个直接反映。二极管激光波长通过扫描被选定的吸收线得到，由于二极管激光器和探测器光路上的特定气体分子的吸收，探测光由于激光波长的作用而变化。为增加其敏感性，采用了所谓的波长调制技术：当扫描吸收线时，激光波长会被轻微调节。探测器信号被光谱分解为激光调制频率和声学下的频率元件。第二谐波信号通常用于测量吸收气体的浓度。既然在特定的波长下，其它气体的吸收线并不存在，所以不存在来自其它气体的直接干扰。被测量气体的浓度与吸收线的振幅是成比例的。 [p]
国内炼钢厂的煤气回收系统，较多使用在线取样分析仪系统进行回收，但在线取样分析仪的取样管易腐蚀、堵塞； 响应时间滞后；维护和标定工作量大；溶解和吸附导致测量数据偏小；只能检测“点”气体浓度，检测信息不完整； 受背景气体、粉尘干扰，测量数据偏小； 单参数测量，只能测量气体浓度，不能同时测量温度、流速等原因，使得影响转炉煤气回收率。太钢使用NEOM(挪威)激光（LaserGas）气体分析仪系统进行煤气回收，激光分析仪的使用维护简单方便，减少了影响煤气回收系统的故障和维护量，提高了煤气回收率。
LaserGas激光现场气体在线分析仪能满足高粉尘、高水分、高温、高腐蚀等恶劣环境下用户对气体成分现场、直接、快速测量需要。它是最新一代分析仪，是气体分析仪升级换代产品，代表了此领域发展方向，正在世界各地取代传统分析仪，已在全球五十多个国家使用。它采用在近红外光谱范围内的“单吸收线”光谱技术，彻底避免了“交叉干扰”。
四、激光现场气体在线分析仪的优点
激光现场气体在线分析仪具有传统分析仪无法比拟的优点：
连续、现场直接测量
高灵敏度、高精度、高稳定度
快速响应（时间小于1秒）
可选的测量范围
可选的输出信号
容易安装
极少而又简单的维护
内置重标定机构（一般若干年后才需重标定一次）
无需进行气体采样预处理
不受交叉干扰影响
测量不受粉尘、水分、背景组分等影响
全固态设计，无运动部件、无易损件，无周期性消耗替换件
结构紧凑、体积小巧、坚固耐用
通过德国TUV测试，国际品质
美国、欧洲、日本等全球50多个国家广泛使用
五、激光气体分析仪的发射器和接收器吹扫系统
对于发射单元和接收单元需要吹扫的应用，吹扫流的方向在图3中有说明。既然在这些单元里面有光学表面，必须要保证气体的清洁，因此额外的过滤器可能是必要的。注意所谓的“仪表空气”可能包含一些油和水。如果接收器和发射器被这样的空气吹扫，不久之后它们会被永久地损坏。因此推荐使用氮气作为吹扫气体。吹扫流不能过高以防止这些单元里过压。如果吹扫流被阻塞，接收单元和发射单元能够在一小时期间保持气体好于99.5%。
转炉是炼钢厂的重要组成部分。转炉冶炼燃烧反应产生的炉气具有周期变化的特征，每炉次冶炼的周期为半小时左右，其中冶炼中期的10分钟左右产生的炉气中含有较高的CO，其回收利用具有很高的经济价值，一般每吨钢可回收煤气80-160m3，其回收的关键在于回收时间和煤气热值的控制。国内钢厂较多使用在线取样分析仪系统进行煤气回收，太钢采用了LT法除尘设备，并使用NEOM激光气体分析仪系统进行煤气回收。转炉产生的烟气温度高达1200℃左右，经蒸发冷却器（EC系统）、电除尘器(ESP系统)除尘，再通过煤气冷却器(GC系统)降温后才可回收利用。转炉煤气中的CO达到一定浓度，一般是28%以上，即打开气体切换站的回收侧盅形阀进入煤气柜储存，否则经过放散侧盅形阀通过放散塔点火燃烧；煤气柜前的O2激光分析保证煤气柜内O2含量超标后启动应急预案，保证系统的稳定性和安全性， 煤气柜中合格的煤气才可送给用户使用。
一、工艺目的
钢铁工业中的基本工艺为间接熔融冶炼法。其生产过程包括：钢铁冶炼、焦炭冶炼、轧钢系统等生产工艺，在生产过程中将产生大量的可回收的能源气体，分析检测这些气体的含量，具有非常重要的作用。
图1 钢铁生产过程中产生的可回收能源气体
1、优化生产工艺：如高炉炉气分析系统、转炉/电炉/精炼炉炉气分析系统等；
2、能源气回收利用：如转炉煤气回收分析系统、焦炉煤气分析系统等；
3、环保节能：如热风炉后烟道气分析系统、烧结/石灰窑烟道气分析系统；
4、能源利用率：如通过分析仪系统，受PLC程序联锁控制，使得所回收的气体热值得到保障；
5、安全控制分析：如高炉喷煤分析系统、电捕焦安全分析系统、电除尘安全分析系统，煤气回收系统安全保障等。
二、激光(LaserGas)分析仪的工作原理
激光气体现场在线分析仪采用单吸收线光谱技术，基于在近红外区域内对被测气体单吸收线的挑选。首先通过对所选吸收线进行光谱分析，使得在所选吸收线波长内无其它气体的吸收线（无交叉吸收干涉）。然后，通过调节固态激光器温度和驱动电流，将固态激光器频率调整对应到气体的单吸收线。激光扫描光谱宽度相应调整到比被测气体单吸收线光谱宽度更窄。通过改变固态激光器的电流，包含单吸收线的激光波长被扫描发射出来。
在激光扫描发射期间，作为波长的一个特性，接收单元探测到的光强度将发生变化，且此变化只是来自发射单元（Transmitter）内部的激光器与接收单元（Receiver）之间的标定管或转炉气体烟道管内被测气体分子对光线强度的吸收。探测到的单吸收线的形状和尺寸（见图2）用来计算发射单元和接收单元之间的气体含量。而其它气体的吸收线不会出现在所选波长范围内，因此不会对单吸收线产生干扰，从而影响气体含量测量。激光气体现场在线分析仪工作时，把烟道一侧发射单元上的红外激光发射到烟道另一侧上的接收单元上，其测量技术正是基于用烟道内存在的气体分子测量对光的吸收量。
测量原理被称为：红外单线吸收光谱。它是基于这样一个事实：大多数气体只吸收特定波长的光。吸收量是烟道内气体含量的一个直接反映。二极管激光波长通过扫描被选定的吸收线得到，由于二极管激光器和探测器光路上的特定气体分子的吸收，探测光由于激光波长的作用而变化。为增加其敏感性，采用了所谓的波长调制技术：当扫描吸收线时，激光波长会被轻微调节。探测器信号被光谱分解为激光调制频率和声学下的频率元件。第二谐波信号通常用于测量吸收气体的浓度。既然在特定的波长下，其它气体的吸收线并不存在，所以不存在来自其它气体的直接干扰。被测量气体的浓度与吸收线的振幅是成比例的。 [p]
图2 激光(LaserGas)分析仪的测量原理
Transmitter:发射单元 Receiver:接收单元 Transmission:传输率 Absorption line: 吸收线
国内炼钢厂的煤气回收系统，较多使用在线取样分析仪系统进行回收，但在线取样分析仪的取样管易腐蚀、堵塞； 响应时间滞后；维护和标定工作量大；溶解和吸附导致测量数据偏小；只能检测“点”气体浓度，检测信息不完整； 受背景气体、粉尘干扰，测量数据偏小； 单参数测量，只能测量气体浓度，不能同时测量温度、流速等原因，使得影响转炉煤气回收率。太钢使用NEOM(挪威)激光（LaserGas）气体分析仪系统进行煤气回收，激光分析仪的使用维护简单方便，减少了影响煤气回收系统的故障和维护量，提高了煤气回收率。
LaserGas激光现场气体在线分析仪能满足高粉尘、高水分、高温、高腐蚀等恶劣环境下用户对气体成分现场、直接、快速测量需要。它是最新一代分析仪，是气体分析仪升级换代产品，代表了此领域发展方向，正在世界各地取代传统分析仪，已在全球五十多个国家使用。它采用在近红外光谱范围内的“单吸收线”光谱技术，彻底避免了“交叉干扰”。
四、激光现场气体在线分析仪的优点
激光现场气体在线分析仪具有传统分析仪无法比拟的优点：
连续、现场直接测量
高灵敏度、高精度、高稳定度
快速响应（时间小于1秒）
可选的测量范围
可选的输出信号
容易安装
极少而又简单的维护
内置重标定机构（一般若干年后才需重标定一次）
无需进行气体采样预处理
不受交叉干扰影响
测量不受粉尘、水分、背景组分等影响
全固态设计，无运动部件、无易损件，无周期性消耗替换件
结构紧凑、体积小巧、坚固耐用
通过德国TUV测试，国际品质
美国、欧洲、日本等全球50多个国家广泛使用
五、激光气体分析仪的发射器和接收器吹扫系统
对于发射单元和接收单元需要吹扫的应用，吹扫流的方向在图3中有说明。既然在这些单元里面有光学表面，必须要保证气体的清洁，因此额外的过滤器可能是必要的。注意所谓的“仪表空气”可能包含一些油和水。如果接收器和发射器被这样的空气吹扫，不久之后它们会被永久地损坏。因此推荐使用氮气作为吹扫气体。吹扫流不能过高以防止这些单元里过压。如果吹扫流被阻塞，接收单元和发射单元能够在一小时期间保持气体好于99.5%。
图3 激光气体分析仪的发射单元和接收单元吹扫系统
转炉是炼钢厂的重要组成部分。转炉冶炼燃烧反应产生的炉气具有周期变化的特征，每炉次冶炼的周期为半小时左右，其中冶炼中期的10分钟左右产生的炉气中含有较高的CO，其回收利用具有很高的经济价值，一般每吨钢可回收煤气80-160m3，其回收的关键在于回收时间和煤气热值的控制。国内钢厂较多使用在线取样分析仪系统进行煤气回收，太钢采用了LT法除尘设备，并使用NEOM激光气体分析仪系统进行煤气回收。转炉产生的烟气温度高达1200℃左右，经蒸发冷却器（EC系统）、电除尘器(ESP系统)除尘，再通过煤气冷却器(GC系统)降温后才可回收利用。转炉煤气中的CO达到一定浓度，一般是28%以上，即打开气体切换站的回收侧盅形阀进入煤气柜储存，否则经过放散侧盅形阀通过放散塔点火燃烧；煤气柜前的O2激光分析保证煤气柜内O2含量超标后启动应急预案，保证系统的稳定性和安全性， 煤气柜中合格的煤气才可送给用户使用。
图4 TISCO转炉煤气回收系统流程 [p]
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