激光气体分析仪炼钢转炉烟气监测应用.pdfVIP

LasIRTM-R 系列激光气体分析仪在炼钢转炉烟气的监测应用 Control # 669 – Air Waste Management Association 103rd Annual Conference Exhibition (June 22-25, 2010) Calgary, Alberta CANADA Unisearch Associates Inc., 96 Bradwick Drive, Concord, Ont. Canada L4K 1K8 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）,钢厂（ steel smelter ）, 氧气转炉（BOF）, 气体分析仪（gas analyzer）. 引言 基于可调二极管激光吸收光谱（TDLAS ）技术的激光光谱气体分析系统已经迅速应用 到对于灵敏度、响应时间、背景气体免干扰等有较高要求的各种气体监测领域。TDLAS 的 技术优势在于实现了实时的原地测量，避免了气体抽样测量带来的一些问题。Unisearch 公 司基于近红外可调谐二极管技术开发了LasIRTM 气体分析系统，整套系统耐用且易于安装， LasIRTM 气体分析系统特别适用于众多工业领域气体排放监测和过程控制，例如：燃煤发电 厂、铝厂、钢铁厂、冶炼厂、核电站、垃圾发电站、水泥厂和化工厂等等，本篇论文阐述了 部分行业的气体监测应用。 一套基本的LasIRTM 气体分析系统配置包括一个内置可调谐激光源的分析仪、光学发射 端、光学接收端。可调谐二极管激光器被调谐发射出特定气体吸收线的激光，光束穿过被测 气体，由于被测气体的吸收引起光强的衰减，通过检测器检测光强信号计算出气体浓度。除 气体浓度之外，其他的一些参数，例如：气体温度、气体压力等也可以通过检测透射光光强 的变化来加以测定。TDLAS 技术相对与其他气体测量技术的优势在于其快速的响应时间、 极低的检测下限（可达ppb 级）及完全不存在其他气体分子的交叉干扰。 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 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： ： 光束穿过一个光程距离为 的被测气体介质后的透射光强度 ： 入射光强度 ： 被测气体的吸收横截面 ： 被测气体的浓度 ： 光程 使用TDLAS 技术测量的气体浓度实际上是光束在穿过的区域上测得的平均浓度， LasIRTM 系统的原地测量远远优于使用采样探头在烟道/管道一个点上抽取测量的方式，尤其 是在气体浓度呈梯度性变化或非均匀分布存在时，通过原地测量光径上的气体浓度平