激光气体分析仪在煤制气中的应用与改进

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    在石化、钢铁、冶金、环保等行业,对生产过程中的无机组分,如CO,CO2,O2和CH4等气体浓度的在线检测主要采用的是基于非色散红外光谱(NDIR)技术的气体分析仪。这类仪器的光源谱宽较宽,测量范围宽,可测的气体种类比较多,要求所测组分之间的波谱差别要大,且越大越好,一旦在测组分中存在相邻波长的背景气或干扰组分,就将对被测气体的测量产生干扰,甚至不能准确测量,而工业过程中出现这种情况的场合较多,多数采用此类技术的分析仪应用效果都不太好。

    LGII型激光气体分析仪是基于半导体激光吸收光谱(DLAS)技术的一种新型分析技术,它能较好地解决背景气体的交叉干扰、粉尘等对视窗的污染等问题,是一种先进高效的在线分析仪器,是替代NDIR技术气体分析仪的一种有效手段,此种技术在煤制气装置的分析应用中已获得成功。

    1　NDIR技术的气体分析仪的缺陷

    在该仪器的应用中,除了被测气体的吸收波谱线之外,介质中往往还存在一些其他背景气体(如水分、与被测气体波长接近的其他气体等)的吸收谱线,从而产生干扰组分的波谱,另外,采样气体中粉尘、焦油和液滴等杂质也会污染分析仪内的光学视窗,影响光谱的通透,进而影响测量过程。通常的分析方法首先对需要分析的过程气体进行采样、预处理。分离掉样气中的粉尘和水分等杂质,然后将样气送入气体分析仪中。这种分析过程中的缺陷通常有以下几个方面:a)气体的采样和预处理系统达不到分析仪的要求,导致仪器容易损坏,维护和检修周期短;b)采样和预处理系统价格昂贵、维护工作量大、运行成本高;c)系统响应时间迟滞,不能很好地满足工业过程实时控制的要求。这些缺点制约着在线气体分析系统的应用和发展,已成为实现工业过程分析和控制自动化的一个瓶颈。

    2　工作原理及特点

    该分析仪主要由带吹扫单元的发射装置、带吹扫单元的接收装置和电源构成,如图1所示。

    发射装置和接受装置通过法兰安装在现场气体管道的两侧,发射装置发出的红外激光发射到气体管道另一侧的接收装置上,由于管道内被测气体分子对激光束进行单线光谱吸收,导致激光某一吸收谱线的光能量发生改变,光能量变化情况与被测气体含量成对应关系,通过检测光能量变化情况就可以得出被测气体的浓度。

    与传统气体分析仪相比较,该分析仪具有如下优点: a)采用波长调制技术,将激光束的波长调节成被测气体分子所吸收的特定波长,其他气体分子对激光束不再产生吸收,解决了背景气体的交叉干扰问题;提高测量灵敏性;b)使用先进的数字过滤技术,提取第二谐波信号,以此来减小分子碰撞所带来的影响;c)利用仪器的自动修正功能,对温度、压力、粉尘量及光路距离等实际参数进行修正,以减少误差。