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激光氧气浓度分析仪用于电除尘安全监控系统
作者:管理员    发布于:2017-08-14 09:02:27    文字:【】【】【

  目前转炉煤气柜后氧气浓度的连续测量分析较多使用磁氧表,通过测量含氧混合气的体积磁化率得到氧气的浓度值。磁氧表的使用要求被测气体恒温、稳压、干燥、无尘、无腐蚀,因此必须对煤气进行复杂的采样预处理;也就是说,该类气体分析系统需要进行“气体采样一预处理一分析”三步过程来获得氧气浓度。由于采样预处理系统具有运动部件多、探头易堵塞、系统较复杂等缺点,它的故障率较高、维护工作量较大、生命周期成本很高;更重要的是采样预处理过程会带来至少20s的响应时间延迟,使得测量结果不能实时反映煤气中的氧气浓度变化。另外,采样预处理系统必须定时进行反吹,由于反吹时无法测量,磁氧表无法实现真正的连续测量。

  与传统的磁氧表相比,基于半导体激光吸收光谱(DLAS)技术的氧气浓度分析仪具有:(1)不受背景气体对测量的交叉干扰(2)不受粉尘和视窗污染等对测量的影响(3)可自动修正温度、压力变化对测量的影响等突出优点,使得其对被测转炉煤气的温度、压力、水分及粉尘的含量没有特殊的要求。因此,可不必使用采样预处理系统,而将分析仪直接安装在现场煤气管道上进行连续在线测量。分析仪无运动部件,维护周期长、维护方便、维护成本低,仅限于对光学视窗的擦洗;仪器响应速度快(<1s),从而可更好地满足转炉煤气柜后氧气浓度连续分析的需要。

  下面将介绍DLAS的技术原理和基于DLAS技术的氧气浓度分析仪的性能特点及基本结构,并给出现场应用结果。

  2DLAS技术原理DLAS技术是一种先进的吸收光谱技术,通过定量分析半导体激光能量被被测气体选择吸收产生的衰减来获得气体的浓度。与传统红外光谱技术使用谱宽为~100nm的红外光源相比,DLAS技术使用谱宽小于0.0001nm的半导体激光器作为光源。

  因此,它具有非常高的光谱分辨率,可以对某一特定气体吸收谱线进行分析获得被测气体浓度(因此DLAS技术也被称为单线吸收光谱技术,从而具有传统红外线技术无法实现的一些性能优点。半导体激光光束穿过被测气体的强度衰减满足Beer-Lam-bert关系:强和穿过压力浓度(和光程)的被测气体后的透射光强,S(7)为温度时气体吸收谱线的谱线强度,线形函数(-)描述了该吸收谱线的形状,<为吸收谱线的中心频率。DLAS技术通过(1)式来定量分析被测气体的浓度(。

  3仪器性能特点3.1不受背景气体的交叉干扰激光氧气浓度分析仪使用的半导体激光器的波长扫描范围小于0.06nm,且其波长位于可见光与近红外的边缘,转炉煤气中其他气体成分在此波长范围内均无吸收谱线,保证了测量不受背景气体的交叉干扰。

  3.2不受粉尘与视窗污染的影响激光氧气浓度分析仪采用了调制光谱技术,氧气浓度由吸收信号与透射光强的比值决定。激光传输光路中的粉尘或视窗污染会导致两信号等比例下降,对仪器的浓度测量结果没有影响。

  3.3自动修正温度、压力对测量的影响转炉煤气柜后的煤气存在一定的温度和压力变化。气体温度和压力的变化会导致吸收信号波形的幅值与形状发生变化,从而影响测量结果的准确性。

  将外部温度、压力变送器的信号输入到仪器中,激光氧气浓度分析仪可通过特定的温度、压力补偿算法自动修正温度、压力变化对气体浓度测量的影响,保证了测量的准确性。

  由于激光氧气浓度分析仪具有以上性能,它可以被直接安装在被测煤气管道上现场测量氧气浓度,从而具有响应速度快、维护方便等优点。

  4仪器基本结构为激光氧气浓度分析仪的基本结构图,主要由发射单元、接收单元和中央处理单元组成。其中发射单元和接收单元通过标准法兰直接安装在现场被测气体管道的直径两侧。发射单元中的半导体激光器发出的激光光束经准直后穿过管道中的煤气,其透射光被接收单元中的光电传感器接收,所获得的测量信号通过缆线传输到中央处理单元经分析处聚光科技激光氧气浓度分析仪结构图中央处理单元是整个仪器的核心部分,主要包括锁相放大电路、控制与处理电路、接口电路等部分。控制电路控制半导体激光器的波长扫描。接收单元传回的电信号经锁相放大电路相敏检测后模数转化成数字信号输入以微处理器为核心的信号处理电路,经分析处理得到氧气的浓度值。接口电路用于输出4~20mA浓度信号,输入4~20mA温度和压力信号,并可通过BPRS模块接口以实现远程数据传输和气体分析仪运行状态的远程监控。

  分析系统同时配置有吹扫系统、正压防爆系统等辅助设备。吹扫系统控制工业用氮气对发射、接收单元的光学视窗进行吹扫,在光学视窗与转炉煤气间形成一段气幕,避免煤气中粉尘污染光学视窗而造成激光透射光强的大幅下降。工艺的所有优点,又克服了其中的所有缺陷和不足,尤其是:对于前馈系统,无论是启动阀启动还是静叶启动,在紧急停机发生时使Cibc=Csb即可。而!、CB的确定非常容易。

  启动阀与入口蝶阀并接,在启动过程中如出现超速等故障,这时的紧急停机只需控制快切阀全关就可以了,不象所示的工艺那样依赖于启动阀的快关来实现紧急停机。

  但这种方案的缺点是要考虑启动阀全关时的严密性,在武钢1TRT投运后不久,启动阀就出现了关不严的情况,影响了入口眼睛阀的开关操作。后又在启动阀前增加了一个硬密封蝶阀使问题得到了完全解决。

  4结语考虑到TRT运行过程中静叶积灰等因素可能会使其特性变坏,使静叶启动出现问题,另外虽然国产部分透平机静叶全关时煤气的漏量较小能够基本满足启动升速的要求,但还只是部分而不是100/,而且TRT投运之前是无法确定的,因此现阶段还有必要保留带有启动阀的工艺设计,从武钢的运行实践来看,在带有启动阀的两种工艺中,启动阀与入口蝶阀并接的工艺明显优于启动阀与块切阀并接的工艺,因此笔者推荐采用此工艺。

  如果能够取消启动阀,相应的液压控制也取消了,还可以进一步降低投资和简化控制,进一步向国际先进水平迈进。相信随着国产TRT技术的进步,取消启动阀也是必然的。

  历,高级工程师,现主要从事高炉煤气余压发电技术管理工作。

脚注信息
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