西門子SITRANS SL激光分析儀在電捕焦油器出口的應用
時間：2014-08-25 10:31:46來源：西門子（中國）有限公司工業(yè)業(yè)務領域
導語：?改進安裝及吹掃結構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含量這一關鍵工藝監(jiān)控點的實時監(jiān)控問題,也為同行業(yè)的相關應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)。
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，當煤氣與氧氣的混合比例達到爆炸極限時就會發(fā)生爆炸。因此氧含量的控制至關重要。
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。這一技術對氣體潔凈度的要求十分苛刻，而氣體檢測采樣過程當中的粉塵、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處理系統(tǒng)。如果一旦氣體的采樣和預處理達不到分析儀的要求，儀器就會處于癱瘓狀態(tài)，同時要求的日常維護工作量與維護的投入較大。整個分析過程的采樣管線及預處理和分析儀之間距離較長，導致系統(tǒng)響應時間長，分析反應遲滯,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)部結構不同，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，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度，結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：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)射信號的強度，這是粉塵阻擋與氣體吸收共同作用的結果。粉塵對信號的影響是遮擋，信號強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)學級數(shù)的方式展開，只針對展開式的二次諧波信號進行分析，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，根據(jù)接收到的信號強度自動調(diào)節(jié)增益值，特別是當粉塵含量動態(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?shù)姆确秶?，既不過于微弱，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，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確性，兩者相輔相成。
（3)分析儀器自帶自動標定的功能。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行自我標定，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)具有無需采樣預處理系統(tǒng)、現(xiàn)場安裝測量、測量精度高、響應速度快等優(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認證適用于更多的危險環(huán)境應用
三、激光氣體分析儀的應用：
為了能夠使激光氣體分析儀準確而又有效的應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,發(fā)射裝置發(fā)出的紅外激光發(fā)射到氣體管道另一側的接收裝置上,由于管道內(nèi)被測氣體分子對激光束進行單線光譜吸收,導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關系，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，無需樣品維護的成本及不確定性；
(2)實時測量分析，響應時間快，不存在滯后時間，確保用戶設備的使用安全；(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??；
(5)采用二次諧波技術，防止粉塵對測量的干擾；
(6)緊湊型的設計，確保其穩(wěn)固耐用；
(7)內(nèi)置參比池的設計，可自動標定，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、結論
改進安裝及吹掃結構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含量這一關鍵工藝監(jiān)控點的實時監(jiān)控問題,也為同行業(yè)的相關應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)。
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