转炉煤气回收系统红外气体分析器的设计

　　0　前言

　　由于我国人口众多的原因,我国人均能源占有量仅为世界人均值的1/2。随着经济的持续高速发展,我国的能源消耗不断增长,提高能源利用率已成为实现我国可持续发展的重要课题。红外气体分析器是转炉煤气回收系统中的重要组成部分,它负责在系统要求的时间内,分析出转炉煤气中的不同组分,实现整个系统的自动控制。由于转炉煤气具有高浓度一氧化碳,仪器在设计时必须针对性地考虑到这些问题。

　　1　红外气体分析器的原理

　　红外线是波长为0.76~300μm间的一种电磁波,大部分有机和无机物质在红外区域都有其特征吸收峰;在各种气体中,具有对称结构的无极性双原子分子如O2、N2、H2和单原子气体并不吸收波长1~25μm范围的红外辐射,因此红外气体分析器的主要分析对象有CO、CO2、CH4、NH3、C2H2、C2H4、C2H5OH及水汽等极性气体,其中常用的气体分析对象为CO、CO2、CH4和NH3等。

　　根据朗伯-比尔定律:

　　I = I0e-μcl

　　式中:I———气体吸收后的光强;

　　I0———气体吸收前的光强;

　　μ———气体的吸收系数;

　　C———吸收气体的浓度;

　　l———吸收气体的厚度。

　　当吸收气体的浓度很低或吸收层很薄时,吸收衰减与浓度近似为线性关系。

　　常用的分析气体如CO、CO2、CH4的特征吸收波长分别为4.36μm、4.7μm、3.3μm和7.2μm。

　　2　红外气体分析器的组成

　　红外气体分析器一般由检测器和电气控制箱组成,检测器包括光源、切光马达、切光片、滤波气室、参比气室、分析气室、电容式微音膜接收器(或红外光电传感器)、温度传感器和遮光片等组成,详见图1。

　　红外气体分析器的电气控制部分主要有:前置放大器、主放大器、整流放大器、线性校正电路、标准信号输出转换电路、温度控制电路和电源等

　　3　产品设计背景

　　我国红外气体分析器的发展经历了一个从仿制到自主研制开发生产的过程,其中电气控制器的技术发展可分为电子管器件、晶体管分立器件和集成电路三个阶段。

　　20世纪90年代初,我国国民经济迅速发展,各行业通过引进吸收国外先进技术,工业自动化技术得到广泛应用,行业技术水平迅速提高,石油、化工、机械、冶金、环保、食品和科研等各个行业及领域对流程分析器的性能要求不断提高。而我国流程分析器普遍存在精度低、稳定性差、故障率高等现象,以红外气体分析器为例,当时大多数的产品精度为五级,考核时间为72h。