单光路激光气体分析仪在转炉煤气回收中的应用

　　0 引言

　　转炉煤气回收是炼钢厂能源回收利用中的重要手段。在转炉煤气回收工艺中，CO 浓度是煤气回收的依据，O2浓度关系着回收的安全性。气体分析仪为煤气回收提供了准确的气体浓度检测数据。济南钢铁股份有限公司第三炼钢厂新转炉2009 年12 月投产，转炉烟气采用LaserGas II 单光路激光气体分析仪进行分析，应用在干法除尘轴流风机出口，在线连续检测O2和CO/CO2的浓度，为生产操作提供准确稳定的气体参数。单光路激光气体分析仪是带有程序控制的O2和CO/CO2成套气体分析系统，无需采样预处理，采用激光探测系统，其可靠性高，响应快速，响应时间不大于1 s，适用于及时进行工艺和安全控制的场合，测量数据准确，可提高工艺控制水平。

　　1 系统组成

　　LaserGas II 单光路激光气体分析仪主要由发射单元、接收单元和吹扫单元三部分组成。发射单元由二极管激光源和精密调整机构组成; 接收单元由探测器、CPU 主板、温压补偿元件和数据分析系统组成。发射单元和接收单元都配备有气体吹扫系统，使用干燥N2( 吹扫气体颗粒不大于1μm) 连续吹扫。

　　二极管激光器发出的激光束从发射单元射出，横穿转炉煤气管道后被接收单元中的探测器接收[1]。这一光信号的传输是通过调节发射和接收单元上的精密光路调整机构来实现。分析仪的结构和安装如图1 所示。

　　2 工作原理

　　单光路激光分析仪的发射单元采用二极管激光吸收光谱( DLAS) 技术，利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度。由二极管激光器发射出特定波长的激光束( 仅能被被测气体吸收) ，穿过被测气体时，激光强度的衰减与被测气体的浓度成一定的函数关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度[2]。

　　单光路激光分析仪利用单线光谱测量技术，基于在近红外区域内对被测气体单吸收线的挑选，通过光谱分析，使得在所选吸收线波长内无其他气体的吸收线( 无交叉干扰) 。然后通过调节固态激光器温度和驱动电流，调整固态激光器频率，使之与被测气体的单吸收线光谱宽度对应，甚至调整到比这个宽度更窄[3]，通过调节固态激光器的电流将单吸收线扫描出来( 见图2) 。

　　在激光扫描发射期间，作为波长的一个特性，接收单元探测到的激光强度将发生变化，且此变化仅仅取决于激光发射器与接收器之间激光通道内被测气体分子对光强度的吸收[4]。探测到的单吸收线的形状和尺寸，用来计算发射器和接收器之间的气体浓度。由于其他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，从而确保准确测量气体的浓度。另外，在转炉煤气温度和压力发生变化时，会引起被测气体谱线的展宽及高度的变化。在分析仪的接收单元计算模块中，引入4 ～ 20 mA 的温度和压力信号参与计算，来修正对气体浓度测量的影响，从而保证了测量的准确性[5]。