一、概述
我國目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器是利用高壓靜電作用下產(chǎn)生正負(fù)極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時，由于受到高壓電場的作用被捕集下來。由于煤氣易燃易爆，如果煤氣中混有氧氣，當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸極限時就會發(fā)生爆炸。因此氧含量的控制至關(guān)重要。
而對O2濃度的在線檢測主要采用傳統(tǒng)的抽取式氣體分析儀。這一技術(shù)對氣體潔凈度的要求十分苛刻，而氣體檢測采樣過程當(dāng)中的粉塵、焦油和液滴等其它雜質(zhì)，很容易污染分析儀內(nèi)部元器件，造成采樣分析錯誤。在實際應(yīng)用中,
需要通過蒸汽引射探頭取樣、多級除塵、除硫、除萘、除焦油、除酸霧、除水等、增壓穩(wěn)壓、穩(wěn)流、快速回路、伴熱保溫等樣品處理方式來完成氣體潔凈度的要求，確保所使用的磁氧分析儀能夠準(zhǔn)確分析及長期使用。
由此可見，抽取式氣體分析儀完全依賴于氣體的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)。如果一旦氣體的采樣和預(yù)處理達(dá)不到分析儀的要求，儀器就會處于癱瘓狀態(tài)，同時要求的日常維護(hù)工作量與維護(hù)的投入較大。整個分析過程的采樣管線及預(yù)處理和分析儀之間距離較長，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時間長，分析反應(yīng)遲滯,不能很好地滿足工業(yè)過程實時控制的要求。
二、激光氣體分析儀測量原理及SITRANS SL型激光分析儀的特點由于各物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分子的能級也千差萬別，各能級之間的間隔也互不相同，這樣就決定了它們選擇性地吸收不同波長的光線。激光分析儀正是依據(jù)分子的特征吸收譜，以比爾-蘭姆波特定律為理論基礎(chǔ)，充分發(fā)揮激光的單色性、方向性與高亮度等特性，實現(xiàn)對某種特定氣體進(jìn)行濃度分析。如果已知某種氣體成分的特征吸收波長和吸收常數(shù)，利用激光光源的強(qiáng)單色性，使波長正好等于該成分吸收波長的光透過氣體，檢測并分析得光的吸收強(qiáng)度，結(jié)合激光在氣體中的傳播路徑，就可以得到待測成分的濃度。測量原理示意如圖1所示
與傳統(tǒng)氣體分析儀相比較，西門子公司的SITRANS SL型激光氣體分析儀具有如下優(yōu)點:
(1)為了提高測量靈敏性，減少其它氣體分子的干擾,儀器采用了波長調(diào)制技術(shù)：將激光束的波長調(diào)節(jié)成被測氣體分子所吸收的特定波長, 其它氣體分子對激光束不再產(chǎn)生吸收，解決了背景氣體的交叉干擾問題。
(2) “二次諧波處理”方法和“自動增益控制”技術(shù)專用于濾除粉塵影響及粉塵動態(tài)變化的情況。激光分析儀接收到的信號弱于發(fā)射信號的強(qiáng)度，這是粉塵阻擋與氣體吸收共同作用的結(jié)果。粉塵對信號的影響是遮擋，信號強(qiáng)度在整個頻譜范圍內(nèi)均有減弱，而氣體分子是有選擇性地吸收，可以理解為是某個頻率的函數(shù)。“二次諧波處理”是將信號以數(shù)學(xué)級數(shù)的方式展開，只針對展開式的二次諧波信號進(jìn)行分析，這樣就可以確保消除粉塵等干擾信號，將粉塵等影響完全去除。“自動增益控制”是一項智能控制技術(shù)，根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)增益值，特別是當(dāng)粉塵含量動態(tài)變化時，縱然原始接收信號的幅度變化劇烈，經(jīng)自動增益處理后，總能限制在某一適當(dāng)?shù)姆确秶炔贿^于微弱，也不會產(chǎn)生飽和失真的狀況。正是由于采用“二次諧波處理”技術(shù)，不會因為信號經(jīng)“自動增益控制”調(diào)控幅度而影響分析的準(zhǔn)確性，兩者相輔相成。
(3)分析儀器自帶自動標(biāo)定的功能。通過在光路上增加氧同位素模塊，使得儀器在每個分析周期都可以使用同位素的頻譜進(jìn)行自我標(biāo)定，確保儀器的零點和量程沒有漂移，具備長期運行穩(wěn)定性。
(4)具有無需采樣預(yù)處理系統(tǒng)、現(xiàn)場安裝測量、測量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。
(5)激光分析儀具備ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85 ?C認(rèn)證適用于更多的危險環(huán)境應(yīng)用
三、激光氣體分析儀的應(yīng)用：
為了能夠使激光氣體分析儀準(zhǔn)確而又有效的應(yīng)用于電捕焦油器出口的氧含量檢測這一特殊情況，基于激光氣體分析儀的工作原理及八一鋼鐵的現(xiàn)狀，我們選擇了SIEMENS SITRANS SL激光分析儀及與其配套的安裝吹掃方式。
1、激光氣體分析儀主要由帶吹掃單元的發(fā)射裝置、帶吹掃單元的接收裝置及處理單元構(gòu)成工作原理，如圖2所顯示。
其原理是：發(fā)射裝置和接受裝置通過法蘭安裝在現(xiàn)場的氣體管道的兩側(cè),發(fā)射裝置發(fā)出的紅外激光發(fā)射到氣體管道另一側(cè)的接收裝置上,由于管道內(nèi)被測氣體分子對激光束進(jìn)行單線光譜吸收,導(dǎo)致激光某一吸收譜線的光能量發(fā)生改變，光能量變化情況與被測氣體含量成對應(yīng)關(guān)系，通過檢測光能量變化情況就可以得出被測氣體的濃度。
2、現(xiàn)場使用情況
如圖3所示，我們優(yōu)化了安裝方式，通過特制的一體化的吹掃管光程系統(tǒng)，避免了焦油、粉塵對光窗的污染，保證了儀器的長期穩(wěn)定運行。通過特制的吹掃氣控制系統(tǒng)，確保了吹掃氣的可選擇范圍更大，對吹掃氣的質(zhì)量、流量及壓力做到更穩(wěn)定的控制。
3、主要特點
(1)原位安裝，無需樣品維護(hù)的成本及不確定性；
(2)實時測量分析，響應(yīng)時間快，不存在滯后時間，確保用戶設(shè)備的使用安全；
(3)吹掃氣的吹掃，確保工藝中的水分、粉塵、焦油等有害物質(zhì)污染光窗；
(4)測量靈敏性高，受其它氣體分子的交叉干擾小；
(5)采用二次諧波技術(shù)，防止粉塵對測量的干擾；
(6)緊湊型的設(shè)計，確保其穩(wěn)固耐用；
(7)內(nèi)置參比池的設(shè)計，可自動標(biāo)定，確保其測量穩(wěn)定；
(8)自動增益控制，做到了動態(tài)煙塵補償，避免了因工藝粉塵變化影響透光率。
四、結(jié)論
改進(jìn)安裝及吹掃結(jié)構(gòu)后的激光氣體分析儀在保留其相較于傳統(tǒng)分析儀的各項優(yōu)點的前提下,以滿足實際需求為目的,不僅解決了我廠對電捕焦油器后中O2含量這一關(guān)鍵工藝監(jiān)控點的實時監(jiān)控問題,也為同行業(yè)的相關(guān)應(yīng)用提供了一種可行性的實踐范例,具有重要的現(xiàn)實意義和理論依據(jù)。
