激光气体分析仪在催化裂化再生烟气测量中的应用

    1　引　言

    流化催化裂化[1-2](FCC)是炼油厂二次加工工艺的核心。待生催化剂表面由于覆盖积炭而失去活性,需要送入再生器对催化剂进行烧焦再生^[3]。再生器出口的再生烟气中氧含量是控制待生催化剂烧焦深度、计算能耗和优化再生工艺的重要参数。同时,通过O2,CO和CO2体积分数的分析,还可以计算生焦量及主风量,由此评价原料重油的油品质量,并采取措施,改进生产效率,合理降低能耗。

    在设备选型过程中,经过综合考虑,选择了聚光科技的基于半导体激光吸收光谱(DLAS)^[4-5]技术的激光气体分析仪,DLAS技术是新一代的气体分析技术,该技术通过对再生烟气中的O₂,CO,CO₂进行原位式测量,省去了复杂昂贵的采样预处理系统,消除了采样预处理系统带来的易腐蚀、易堵塞、样气净化要求高等因素,维护量大大降低,十分有利于再生工艺的优化控制。目前,激光吸收光谱气体分析仪已经在永坪炼油厂催化裂化再生烟气分析中成功应用。

    2　技术原理及特点

    2·1　激光气体分析技术原理

    半导体激光穿过被测气体后的光强衰减满足Beer-Lambert关系^[6]:

    I(v) = I₀(v)exp(-S(T)g(v-v₀)φL)    (1)

   式中　I₀(v),I(v)———频率为v的单色激光入射时和经过光程L,体积分数为φ的气体后的光强;S(T)———气体吸收谱线的强度,是气体温度的函数;g(v-v₀)———线性函数,表征该吸收谱线的形状^[1],它与气体温度、压力有关。

    S(T)和g(v-v₀)的乘积就是吸收谱线的吸收截面。通过测量气体对激光的衰减,根据公式(1)以及S(T)和g(v-v₀)与温度、压力等的定量关系,可以获得精确的气体体积分数。

    激光气体分析仪的结构组成如图1所示。安装时只需将发射单元和接收单元通过标准法兰对准固定在被测烟气管道的两侧,即可实现在线实时烟气分析。发射单元发出的激光束穿过被测气体,被安装在管道相对方向上的接收单元中的光电探测传感器接收,获得的测量信号经过分析处理,根据激光吸收光谱算法得到气体体积分数信息,测量结果可以用4~20 mA电流信号或通过RS-485接口以数字信号等形式输出。分析系统同时配置有吹扫系统、防爆系统等辅助设备。吹扫系统用氮气对发射、接收单元的光学视窗进行吹扫,避免再生烟气中粉尘长期污染光学视窗而造成激光透射光强的大幅下降。仪器须满足防爆要求,可安装在爆炸性工业现场环境。维护时只需将发射和接收两端玻片上的灰尘和污渍擦净即可,维护量很小,周期可以达到3个月以上。