摘要：近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家對(duì)安全及環(huán)保的高度重視，氣體分析所面臨的課題和需求正在發(fā)生著很大的變化。同時(shí)氣體分析儀不僅可以應(yīng)用于環(huán)境問題，而且還可以用于冶金行業(yè)中燃料供給控制，幫助操作人員調(diào)節(jié)燃料與助燃劑之間的比例成分。本文針對(duì)氣體分析儀的原理進(jìn)行相應(yīng)的探討，并結(jié)合實(shí)際問題分析氣體分析儀在轉(zhuǎn)底爐余熱鍋爐中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：在線氣體分析儀；轉(zhuǎn)底爐；環(huán)境；

一、在線氣體分析儀簡介

在線氣體分析儀是指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其他源流體現(xiàn)場，對(duì)被測介質(zhì)組成的成分參數(shù)或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)分析測量的一種測量儀器。在線分析儀器大致分為兩類，一類是直接安裝在流程工藝管道上的在線分析儀器，儀器傳感器直接安裝在工藝管道或設(shè)備中，也稱為原位分析儀器；另一類是通過簡單的取樣樣品處理，將樣氣從工藝管線取出，送到安裝在現(xiàn)場的過程分析儀器檢測。這類簡單的取樣樣品處理被成為在線分析儀器的取樣預(yù)處理部件。在線氣體分析儀包括在線色譜分析儀、紅外分析儀、熱導(dǎo)分析儀和激光分析儀。本文著重分析激光在線氣體分析儀的原理及應(yīng)用。

2.1 在線氣體分析儀發(fā)展歷程

1957年國產(chǎn)熱導(dǎo)式CO2分析儀產(chǎn)出。為滿足工業(yè)發(fā)展及國防需求，國產(chǎn)儀器陸續(xù)產(chǎn)出。H2/CO/SO2/NH3以及O2和紅外等氣體分析儀，國內(nèi)組建了一批分析儀器廠。

1965年國產(chǎn)工業(yè)氣相色譜儀產(chǎn)出，1974年第二代工業(yè)色譜儀產(chǎn)出。七十年代國產(chǎn)分析儀器行業(yè)形成體系。批量產(chǎn)出光學(xué)（紅外）、電化學(xué)、電導(dǎo)、熱學(xué)、順磁氧、色譜等系列在線分析儀器。七十年代后期引進(jìn)國外先進(jìn)分析儀器技術(shù)并國產(chǎn)化。

1984年國產(chǎn)工業(yè)質(zhì)譜儀，用于8312等重點(diǎn)工程。國產(chǎn)在線分析儀器通過科技創(chuàng)新及引進(jìn)消化吸收，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品更新?lián)Q代。七五、八五期間，通過科技攻關(guān)及引進(jìn)吸收，在線分析系統(tǒng)得到發(fā)展。九十年代改革開放，國企改制，民企得到新發(fā)展。

2000年以來，在線分析儀器及分析系統(tǒng)行業(yè)得到大發(fā)展。目前一游數(shù)百家分析儀器公司，涌現(xiàn)一批上規(guī)模的民企和國企。在線分析工程技術(shù)開始得到推進(jìn)。

2.2激光在線氣體分析儀測量原理

現(xiàn)場在線(in-situ)分析測量工業(yè)過程氣體成分含量，在世界工業(yè)領(lǐng)域中顯得越來越重要?，F(xiàn)場在線氣體分析測量也是復(fù)雜工業(yè)過程和排放最重要的領(lǐng)域之一。特別是用戶對(duì)低含量和高精度氣體分析測量的需要，也要求氣體分析儀制造商采用更新、更先進(jìn)的技術(shù)。

激光在線氣體分析儀開創(chuàng)了工業(yè)過程和排放氣體測量新領(lǐng)域。通過先進(jìn)的固態(tài)二極管激光技術(shù)、光學(xué)解決方案、光譜學(xué)和堅(jiān)固的工業(yè)設(shè)計(jì)等獨(dú)特技術(shù)，激光在線氣體分析儀能工作在無來自其它氣體交叉干擾影響情況下。過程壓力可達(dá)5 bar，溫度超過1600℃。激光在線氣體分析儀是光學(xué)儀器，從溫度穩(wěn)定、單模二極管激光器發(fā)射激光到發(fā)射器直徑方向相對(duì)的接收器上。二極管激光器工作在室溫附近。

傳統(tǒng)在線(on-line)分析儀如紅外(IR)在線分析儀通常受來自其它氣體成分(包括粉塵、水分背景成分等)交叉干擾影響，此問題在探測含量很低時(shí)，顯得越來越嚴(yán)重。對(duì)照采用寬帶光譜過濾的傳統(tǒng)IR紅外在線分析儀，激光在線氣體分析儀采用在近紅外光譜范圍內(nèi)的單線光譜技術(shù)。

單線光譜測量技術(shù)基于在近紅外區(qū)域內(nèi)對(duì)被測氣體單吸收線的挑選。通過對(duì)所選吸收線光譜分析，使得在所選吸收線波長內(nèi)無其它氣體的吸收線(無交叉吸收干涉)。然后，通過調(diào)節(jié)二極管激光器溫度和驅(qū)動(dòng)電流，將二極管激光器頻率調(diào)整對(duì)應(yīng)到氣體的單吸收線。激光光譜寬度相應(yīng)調(diào)整到比被測氣體單吸收線光譜寬度更窄。通過改變二極管激光器的電流，包含單吸收線的激光波長被掃描發(fā)射出來。

在激光掃描發(fā)射期間，作為波長的一個(gè)特性，接收單元探測到的光強(qiáng)度將發(fā)生變化，且此變化僅僅是來自于激光器與接收器之間光通道內(nèi)被測氣體分子對(duì)光線的吸收。探測到的單吸收線的形狀和尺寸，用來計(jì)算發(fā)射器和接收器之間的氣體含量。其它氣體的吸收線不會(huì)出現(xiàn)在所選波長范圍內(nèi)，因此不會(huì)對(duì)單吸收線產(chǎn)生干擾，從而影響氣體含量測量。

激光在線氣體分析儀不受過程氣體中分水、粉塵或視窗上污染物等吸收影響，這是由于氣體含量的計(jì)算是基于獨(dú)特單吸收線尺寸和形狀，因此實(shí)現(xiàn)了更可靠的測量，并減少了維護(hù)的需要。

3激光在線氣體分析儀在轉(zhuǎn)底爐燃燒中的應(yīng)用

鋼鐵廠每年產(chǎn)生的大量不適合預(yù)高爐利用的含鐵廢棄物，給環(huán)保帶來很大的壓力，如何對(duì)其進(jìn)行回收利用是困擾冶金行業(yè)的一個(gè)難題。而轉(zhuǎn)底爐直接還原煉鐵比較適合用于中國冶金行業(yè)。萊鋼轉(zhuǎn)底爐直接還原煉鐵工程中，從轉(zhuǎn)底爐出來的煤氣會(huì)經(jīng)過二次燃燒和熱交換器來預(yù)熱助燃空氣，該部分會(huì)經(jīng)過余熱鍋爐進(jìn)行能源循環(huán)利用，是轉(zhuǎn)底爐的重要部分。時(shí)刻檢測出轉(zhuǎn)底爐出口CO、氧氣含量可以及時(shí)反映轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)狀況，并對(duì)余熱鍋爐氣體進(jìn)行控制。CO檢測是保證回收到最有價(jià)值的煤氣，而氧氣分析儀檢測是避免煤氣中的氧氣含量過高導(dǎo)致在回收或者使用中發(fā)生爆炸。由此可以看出激光氣體分析儀為提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、保證生產(chǎn)安全起著十分重要的作用。

激光在線氣體分析儀可以在線檢測出轉(zhuǎn)底爐出口CO、氧的含量，會(huì)定期向PLC控制中心提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算分析這些數(shù)據(jù)，來控制CO、氧的供給量。由于在線氣體分析儀有無閥切換、電子壓力控制等技術(shù)優(yōu)勢，提高了測量的響應(yīng)時(shí)間，保證了測量數(shù)據(jù)的可靠性。分析儀還可以幫助測量熱風(fēng)爐出口氧含量，優(yōu)化高爐燃燒，提高產(chǎn)品質(zhì)量。還有在鍋爐燃燒中起到了煙道化學(xué)成分分析的作用，據(jù)此操作人員可以恰當(dāng)調(diào)整助燃空氣的供給量。

4結(jié)論

本文主要介紹了激光在線分析儀的原理及其在冶金行業(yè)中的應(yīng)用。在未來隨著各行業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，氣體檢測儀器儀表行業(yè)將會(huì)飛速發(fā)展，同時(shí)市場和政府政策的推動(dòng)、人們安全意識(shí)的提高、環(huán)境法規(guī)法律的完善也是氣體檢測行業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力，在線氣體分析儀的應(yīng)用會(huì)越來越多。