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激光氣體分析儀在鋼鐵行業(yè)的應用
鋼鐵冶煉過程中將產(chǎn)生大量的氣體，如氧氣和一氧化碳等。在線分析檢測這些氣體的含量，對鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實作用，如優(yōu)化生產(chǎn)工藝、回收利用氣體能源、環(huán)保節(jié)能和安全控制分析等。
目前鋼鐵企業(yè)采用的在線氣體分析儀器主要采用非色散紅外方式在線氣體分析儀。這些儀器無法定量地校正背景氣體如水分的交叉干擾，同時需要防止過程氣體中粉塵對分析儀器內(nèi)光學視窗的污染。因此，氣體分析前須使用采樣探頭對需要分析的過程氣體進行采樣，樣氣經(jīng)過復雜的預處理系統(tǒng)脫去粉塵和水分后再送入氣體分析儀器進行氣體分析。這些氣體分析系統(tǒng)往往存在諸多缺陷，如：
(l)氣體的采樣和預處理系統(tǒng)達不到分析儀器要求，導致儀器容易損壞、維護和檢修周期短；
(2)采樣和預處理系統(tǒng)的維護工作量大、價格昂貴；
(3)系統(tǒng)響應時間遲滯，無法*工業(yè)過程實時控制的要求。
由此可見，傳統(tǒng)在線氣體分析系統(tǒng)的一些固有缺陷已成為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)過程控制自動化的瓶頸，同時也制約了在線氣體分析系統(tǒng)的發(fā)展和應用。
分析原理
激光氣體分析儀采用可調(diào)諧半導體激光吸收光譜測量技術(shù)(Tunahle DiodeLase：AbsorPtion Speotrosoopy)。該技術(shù)利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成高分辨率吸收光譜的原理來測量氣體濃度。具體地說，半導體激光器發(fā)射出的特定波長的激光束穿過被測氣體時，被測氣體的吸收譜線對激光束能量的吸收導致激光強度產(chǎn)生衰減，激光強度的衰減與被測氣體含量成正比，因此，通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。
儀器結(jié)構(gòu)
發(fā)射裝置和接收裝置直接安裝在被測管道(煙道)上，發(fā)射裝置發(fā)出的特定頻率的激光穿過過程氣體管道(煙道)后被接收裝置中的傳感器接收，接收裝置將檢測信號傳送到中央分析儀器，然后由中央分析儀器完成對過程氣體的檢測分析和輸出控制。吹掃裝置起到保護發(fā)射和接收裝置中光學視窗的作用，避免光學視窗被過程氣體中的粉塵和焦油等污染。
儀器關(guān)鍵技術(shù)
(1)“單線光譜”技術(shù)—不受背景氣體交叉干擾的影響
激光氣體分析儀首先選擇被測氣體位于特定波長的某一吸收光譜線，通過調(diào)節(jié)激光器的溫度和電流改變激光波長，使激光波長掃描選擇的該吸收譜線，從而獲得“單線光譜”數(shù)據(jù)來分析氣體濃度。
(2)激光頻率掃描技術(shù)—自動修正粉塵和視窗污染對測量濃度的影響。
激光氣體分析儀通過調(diào)制激光頻率(或波長)使之周期性地掃描被測氣體吸收譜線。激光頻率的掃描范圍被設置成大于被測氣體吸收譜線的寬度。
儀器性能特點
由于激光在線氣體分析儀具有不受背景氣體交叉干擾以及可以自動修正粉塵和視窗污染對氣體濃度測量的影響，它可以實現(xiàn)現(xiàn)場直接測量，避免了復雜和需要大量維護的采樣預處理系統(tǒng)。因此，它較傳統(tǒng)在線氣體分析設備具有較大的性能優(yōu)勢，表1列舉了一些主要性能優(yōu)勢。
應用效果
激光氣體分析儀已應用于多家鋼鐵集團的眾多應用場合，如磨機人口和布袋出口處的氧氣安全分析控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐、高爐和焦爐煤氣回收分析控制系統(tǒng)和焦爐電捕焦安全分析系統(tǒng)等，均獲得了較好的應用效果。圖4示意了磨機人口處的高時間分辨率(一15響應速度)氧氣分析數(shù)據(jù)。
激光氣體分析儀較好地滿足了鋼鐵冶煉過程氣體在線分析的測量需求，在解決了背景氣體交叉干擾、粉塵和視窗污染對測量的干擾的基礎上省卻了采樣預處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了在高溫、高粉塵、高流速、強腐蝕等惡劣環(huán)境下現(xiàn)場在線分析氣體濃度，具有現(xiàn)場安裝測量、測量精度高、響應速度快、系統(tǒng)使用壽命長、維護成本低等優(yōu)點。該儀器在鋼鐵行業(yè)的應用將對鋼鐵生產(chǎn)工藝優(yōu)化、能源氣回收、安全控制和環(huán)保監(jiān)測產(chǎn)生非常積極的作用。