基于可调二极管激光光谱技术的气体分析仪应用.doc

基于可调二极管激光光谱技术的气体分析仪应用 Unisearch Associates Inc., 96 Bradwick Drive, Concord, Ont. Canada L4K 1K8 优胜光分仪器南京有限公司Unisearch Instruments Nanjing Inc. 关键词（Key Words） 可调二极管激光光谱(Tunable Diode Laser Spectroscopy), NH3, HF, CO, CO2, 排放监测（emission monitoring）, 过程控制（process control）, 铝厂（aluminum smelter）,钢厂（ steel smelter）, 氧气转炉（BOF）, 燃煤电厂（coal-fired power plant）, 氨逃逸（ammonia slip）, 气体分析仪（gas analyzer）. 冶炼厂（greenhouse gases GHG)已成为最被关注的环境问题。矿物燃料燃烧排放的氮氧化物（NOX）已经成为大气中氮氧化物污染物的主要来源。由于NOX会引起地面臭氧和酸雨的形成，因此其排放已经开始被加以控制。后燃（post combustion）1,2,3。 LasIRTM气体分析系统已经应用在能源和原料存储领域，在工艺过程控制上，使用LasIRTM气体分析系统优化了工艺控制，帮助制造出质量更好的产品。我们已经有过氧气顶吹转炉（basic oxygen furnaces ，BOF)的烟气监测应用， BOF是钢铁厂最主要的设备之一，被广泛用做把富碳的生铁冶炼成钢。钢中含碳量越高，硬度越大，但是也更加易碎且缺乏韧性。通过往熔融的生铁里面鼓入氧气，以此来降低钢铁的碳含量，冶炼出低碳钢，并且通过更多深处理使这种钢材适合诸如汽车制造以及其他的对低碳钢有需求的应用。过量向熔融的生铁鼓入氧气去把含碳量降的更低是没有必要的，这样做反而恶化了钢铁的品质。因此，快速、实时地对转炉尾气进行监测是非常重要的，它能直接或间接地确定喷氧截止时间（cut-off period）。 LasIRTM气体分析系统也被广泛应用到世界各地的电解铝厂的HF气体监测。铝在熔炼的过程中，HF气体也随之产生并被排放，为了避免HF气体泄漏在工作区域，电解槽都有专用的槽板罩住，产生的HF气体被捕获收集，经过净化系统处理后再排放。HF气体具有剧毒，对电解槽车间工人的身体健康和周边的环境都有很大的伤害和影响，另外，铝厂对氟化物回收可以节约能源，增加经济效益。可调谐二极管激光技术目前已经在世界各地的几百个电解铝厂做为净化系统的控制设备得以应用。 LasIRTM系统 LasIRTM系统包括内置可调谐激光器的分析仪、发射激光光束并穿过被测介质的光学发射端、安装在被测介质另一端接收透射光的接收端。分析控制器（分析仪）自身可以安置在远离现场监测点1km之外的控制室内，现场光学传感系统与分析控制器之间通过光纤和同轴电缆连接，测量的数据被保存在LasIRTM系统的分析控制器内的闪存卡或外部电脑上，外部电脑通过以太网网口或RS232端口与分析控制器连接，数据信息也可以传送到企业的数据库。 LasIRTM系统的定量分析是以Beer-Lambert定律为基础，Beer-Lambert定律指出了光吸收与光穿过被检测的物质之间的关系，当一束频率为V的光束穿过吸收物质后，在其穿过的光径上的光强变化为： I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL] I(v)： 光束穿过一个光程距离为L的被测气体介质后的透射光强度 I0(v)： 入射光强度 σ(v)： 被测气体的吸收横截面 C： 被测气体的浓度 L： 光程 5kg）而节能（功率小于20W），可以安装在一个三脚架上使用，如使用多反射镜阵列，可以在光径长达几百米的开放式环境中对不同气体浓度进行监测。 图1. LasIRTM系统分析控制器与各种光学传感单元通过光纤与同轴电缆连接的配置示意图 LasIRTM系统包含了适当的硬件和软件，是无需校正的系统，所以在现场无需使用标气瓶对系统进行校正。为了某些用户仪器管理规程的需要，我们可以提供手持式小巧的考核模块，当需要时，用户可以使用这个考核模块对整个系统（分析控制器和光学传感单元）进行考核，也可以使用自动考核功能对系统进行自动考核，自动考核的结果将被保存并显示在屏幕上。系统考核有两种选择，一是在光路上通入浓度已知的气体进行考核，二是使用我们可选的考核模块进行在线（inline ）或离线（offline）考核。LasIRTM系统快速、实时原地对气体浓度进行监测，检测线性达到动态5级（105 ，即ppm级到%级），是真正适合于各种不同工业气体监测的气体分析系统。 燃煤发电厂的氨逃逸监测 在大