西门子SITRANS SL激光分析仪在电捕焦油器出口的应用

一、概述

我国目前主要采用电捕焦油器捕集煤气中的焦油雾。电捕焦油器是利用高压静电作用下产生正负极，使煤气中的焦油雾在随煤气通过电捕焦油器时，由于受到高压电场的作用被捕集下来。由于煤气易燃易爆，如果煤气中混有氧气，当煤气与氧气的混合比例达到爆炸极限时就会发生爆炸。因此氧含量的控制至关重要。

而对O2浓度的在线检测主要采用传统的抽取式气体分析仪。这一技术对气体洁净度的要求十分苛刻，而气体检测采样过程当中的粉尘、焦油和液滴等其它杂质，很容易污染分析仪内部元器件，造成采样分析错误。在实际应用中,需要通过蒸汽引射探头取样、多级除尘、除硫、除萘、除焦油、除酸雾、除水等、增压稳压、稳流、快速回路、伴热保温等样品处理方式来完成气体洁净度的要求，确保所使用的磁氧分析仪能够准确分析及长期使用。

由此可见，抽取式气体分析仪完全依赖于气体的采样和预处理系统。如果一旦气体的采样和预处理达不到分析仪的要求，仪器就会处于瘫痪状态，同时要求的日常维护工作量与维护的投入较大。整个分析过程的采样管线及预处理和分析仪之间距离较长，导致系统响应时间长，分析反应迟滞,不能很好地满足工业过程实时控制的要求。

二、激光气体分析仪测量原理及SITRANS SL型激光分析仪的特点由于各物质分子内部结构不同，分子的能级也千差万别，各能级之间的间隔也互不相同，这样就决定了它们选择性地吸收不同波长的光线。激光分析仪正是依据分子的特征吸收谱，以比尔-兰姆波特定律为理论基础，充分发挥激光的单色性、方向性与高亮度等特性，实现对某种特定气体进行浓度分析。如果已知某种气体成分的特征吸收波长和吸收常数，利用激光光源的强单色性，使波长正好等于该成分吸收波长的光透过气体，检测并分析得光的吸收强度，结合激光在气体中的传播路径，就可以得到待测成分的浓度。测量原理示意如图1所示

与传统气体分析仪相比较，西门子公司的SITRANS SL型激光气体分析仪具有如下优点:

(1)为了提高测量灵敏性，减少其它气体分子的干扰,仪器采用了波长调制技术：将激光束的波长调节成被测气体分子所吸收的特定波长, 其它气体分子对激光束不再产生吸收，解决了背景气体的交叉干扰问题。

(2) “二次谐波处理”方法和“自动增益控制”技术专用于滤除粉尘影响及粉尘动态变化的情况。激光分析仪接收到的信号弱于发射信号的强度，这是粉尘阻挡与气体吸收共同作用的结果。粉尘对信号的影响是遮挡，信号强度在整个频谱范围内均有减弱，而气体分子是有选择性地吸收，可以理解为是某个频率的函数。“二次谐波处理”是将信号以数学级数的方式展开，只针对展开式的二次谐波信号进行分析，这样就可以确保消除粉尘等干扰信号，将粉尘等影响完全去除。“自动增益控制”是一项智能控制技术，根据接收到的信号强度自动调节增益值，特别是当粉尘含量动态变化时，纵然原始接收信号的幅度变化剧烈，经自动增益处理后，总能限制在某一适当的幅度范围，既不过于微弱，也不会产生饱和失真的状况。正是由于采用“二次谐波处理”技术，不会因为信号经“自动增益控制”调控幅度而影响分析的准确性，两者相辅相成。

(3)分析仪器自带自动标定的功能。通过在光路上增加氧同位素模块，使得仪器在每个分析周期都可以使用同位素的频谱进行自我标定，确保仪器的零点和量程没有漂移，具备长期运行稳定性。

(4)具有无需采样预处理系统、现场安装测量、测量精度高、响应速度快等优点。

(5)激光分析仪具备ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85 ˚C认证适用于更多的危险环境应用

三、激光气体分析仪的应用：

为了能够使激光气体分析仪准确而又有效的应用于电捕焦油器出口的氧含量检测这一特殊情况，基于激光气体分析仪的工作原理及八一钢铁的现状，我们选择了SIEMENS SITRANS SL激光分析仪及与其配套的安装吹扫方式。

1、激光气体分析仪主要由带吹扫单元的发射装置、带吹扫单元的接收装置及处理单元构成工作原理，如图2所显示。

其原理是：发射装置和接受装置通过法兰安装在现场的气体管道的两侧,发射装置发出的红外激光发射到气体管道另一侧的接收装置上,由于管道内被测气体分子对激光束进行单线光谱吸收,导致激光某一吸收谱线的光能量发生改变，光能量变化情况与被测气体含量成对应关系，通过检测光能量变化情况就可以得出被测气体的浓度。

2、现场使用情况

如图3所示，我们优化了安装方式，通过特制的一体化的吹扫管光程系统，避免了焦油、粉尘对光窗的污染，保证了仪器的长期稳定运行。通过特制的吹扫气控制系统，确保了吹扫气的可选择范围更大，对吹扫气的质量、流量及压力做到更稳定的控制。

3、主要特点

(1)原位安装，无需样品维护的成本及不确定性；

(2)实时测量分析，响应时间快，不存在滞后时间，确保用户设备的使用安全；

(3)吹扫气的吹扫，确保工艺中的水分、粉尘、焦油等有害物质污染光窗；

(4)测量灵敏性高，受其它气体分子的交叉干扰小；

(5)采用二次谐波技术，防止粉尘对测量的干扰；

(6)紧凑型的设计，确保其稳固耐用；

(7)内置参比池的设计，可自动标定，确保其测量稳定；

(8)自动增益控制，做到了动态烟尘补偿，避免了因工艺粉尘变化影响透光率。

四、结论

改进安装及吹扫结构后的激光气体分析仪在保留其相较于传统分析仪的各项优点的前提下,以满足实际需求为目的,不仅解决了我厂对电捕焦油器后中O2含量这一关键工艺监控点的实时监控问题,也为同行业的相关应用提供了一种可行性的实践范例,具有重要的现实意义和理论依据。 参考文献 SITRANS SL In-situ Laser Gas Analyzer Operating Instructions，2009/05