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激光氣體分析儀的測量技術、特點和行業應用

更新時間:2020-06-17   點擊次數: 1441次

激光氣體分析儀特點  具有以下幾點特點:   1、直接安裝   2、無防爆問題   3、光纖分布,分體式連接   4、真正的多點同時監測   5、極寬的檢測范圍,從PPM到%的濃度范圍都可以分析   6、無氣體交叉干擾,*的抗干擾能力   7、無需用戶后期標定   8、快速的響應時間。

1.朗伯-比爾定律   DLAS技術本質上是一種光譜吸收技術,通過分析激光被氣體的選擇性吸收來獲得氣體的濃度。它與傳統紅外光譜吸收技術的不同之處在于,半導體激光光譜寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬。因此,DLAS技術是一種高分辨率的光譜吸收技術,半導體激光穿過被測氣體的光強衰減可用朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律表述式中,IV,0和IV 分別表示頻率V的激光入射時和經過壓力P,濃度X和光程L的氣體后的光強;S(T)表示氣體吸收譜線的強度;線性函數g(v-v0)表征該吸收譜線的形狀。通常情況下氣體的吸收較小,可用式(4-2)來近似表達氣體的吸收。這些關系式表明氣體濃度越高,對光的衰減也越大。因此,可通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。   2.光譜線的線強   氣體分子的吸收總是和分子內部從低能態到高能態的能級躍遷相聯系的。線強S(T)反映了躍遷過程中受激吸收、受激輻射和自發輻射之間強度的凈效果,是吸收光譜譜線基本的屬性,由能級間躍遷概率經及處于上下能級的分子數目決定。分子在不同能級之間的分布受溫度的影響,因此光譜線的線強也與溫度相關。如果知道參考線強S(T0),其他溫度下的線強可以由下式求出式中,Q(T)為分子的配分函數;h為普朗克常數;c為光速;k為波爾茲曼常數;En為下能級能量。各種氣體的吸收譜線的線強S(T0)可以查閱相關的光譜數據庫。

二、測量技術和特點

  1.調制光譜檢測技術   調制光譜檢測技術是一種被廣泛應用的可以獲得較高檢測靈敏度的DLAS技術。它通過快速調制激光頻率使其掃過被測氣體吸收譜線的定頻率范圍,然后采用相敏檢測技術測量被氣體吸收后透射譜線中的諧波分量來分析氣體的吸收情況。調制類方案有外調制和內調制兩種,外調制方案通過在半導體激光器外使用電光調制器等來實現激光頻率的調制,內調制方案則通過直接改變半導體激光器的注入工作電流來實現激光頻率的調制。由于使用的方便性,內調制方案得到更為廣泛的應用,下面簡單描述其測量原理。   在激光頻率掃描過氣體吸收譜線的同時,以一較高頻率正弦調制激光工作電流來調制激光頻率,瞬時激光頻率可表示為式中,(t)表示激光頻率的低頻掃描;a是正弦調制產生的頻率變化幅度;w為正弦調制頻率。透射光強可以被表達為下述Fourier級數的形式。   諧波分量可以使用相敏探測器(PSD)來檢測。調制光譜技術通過高頻調制來顯著降低激光光器噪聲(1/f噪聲)對測量的影響,同時可以通過給PSD設置較大的時間常數來獲得很窄帶寬的帶通濾波器,從而有效壓縮噪聲帶寬。因此,調制光譜技術可以獲得較好的檢測靈敏度。   3.技術特點和優勢(1)不受背景氣體的影響  ?。?)不受粉塵與視窗污染的影響  ?。?)自動修正溫度,壓力對測量的影響   激光氣體在線分析儀用來進行連續工業過程和氣體排放測量,適合于惡劣工業環境應用,如鋼鐵各種燃爐、鋁業和有色金屬、化工、石化、水泥、發電和垃圾焚燒等。   特征    高分辨率(激光掃描頻率是傳統激光分析儀的幾倍)   模塊化設計,可現場模塊化替換,快速維護和維修   高光穿透能力,適合于高粉塵阻擋環境應用   專業性航空動力學原理插入管,適合于特高粉塵阻擋環境應用   無交叉干擾   無需采樣,現場在線直接測量   快速測量(響應時間可低于1秒)   結構緊湊、堅固耐用   根據應用要求不同,主要有以下幾種組態型號:   原位型   激光原位測量,響應速度快,測量精度高   集成式正壓防爆設計,安全可靠   模塊化設計,可現場更換所有功能模塊,維護方便   智能化程度高、操作方便   旁路型

對穿式探頭

激光旁路測量,測量精度高,抗干擾能力強   光學非接觸測量,可直接測量高溫、強腐蝕性氣體   旁路處理裝置簡單、可靠,可直接安裝在過程管道處   全系統防爆,支持氣體溫度、壓力自動補償   分布型   分布式激光測量,支持八個測量通道,高性價比   測量通道獨立激光測量模塊,可靠性高   網絡化集中顯示和控制,監控方便   測量氣體成分和探測極限   管道式測量   遠程式測量   采樣式測量   管道式測量   遠程式測量   采樣式測量

 

三、行業應用  

行業

應用領域

測量方式

監測氣體

原鋁行業

生產車間、周邊環境

開路式、點式、掃描式

HF、CO

過濾除塵器進氣口、出氣口、煙道

原位(插入式、對穿式、旁路式)

HF、CO、CO2

石油天然氣行業

二氧化碳收集與封存(CCS)工程

開路式、掃描式、車載式、機載式

CO2、CH4

三次采油(EOR)項目

CO2、CH4

天然氣管道甲烷泄漏檢測、泄漏點網絡定位、泄漏濃度地圖化

CH4

天然氣開采生產過程

開路式、掃描式、

CH4

化工/石化行業

煉油廠HF烷化生產

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式、掃描式、

HF

含硫石化生產

H2S

煉油廠周邊

開路式、掃描式、

H2S、CH4、NH3、CO2、HF

催化、氣體分離、烷基化、MTBE、重整

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式

CO、CO2、HF、H2O

煤柴油加氫、蠟油加氫、重油加氫、制氫、聚丙烯

H2S、CO、CH4

硫磺回收、合成氨、尿素合成塔、氯堿

H2S、CO、CH4、NH3、HCL

乙烯氧氯化、環氧乙烷、PTA、乙烯

CO、CO2、CH4、NH3

其他化工生產中管道、車間、周邊的監測

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式、掃描式、點式

NH3、H2O、CH4、C2H2、CO、CO2、HF、HCL、HCN、H2S等

環保行業

識別甲烷熱點、陸上甲烷流量

開路式、掃描式、車載式、機載式

CH4

農業甲烷、氨氣釋放量

CH4、NH3

區域溫室氣體濃度

CH4、CO2

垃圾填埋區或其他區域

CH4、H2S、NH3、CO2

大氣質量在線監測

H2S、CH4、NH3、CO2

垃圾焚燒廢氣排放

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式

H2S、HF、HCL、HCN、CO、 CO2

車輛尾氣排放

開路式

CO、CO2

冶金行業

高爐爐氣分析系統

原位(插入式、對穿式、旁路式)、

CO、CO2、CH4、H2O

轉爐/電爐/精煉爐爐氣分析系統

CO

轉爐煤氣回收分析系統

CO

焦爐煤氣分析系統

CO、H2O

熱風爐后煙道氣分析系統

CO、CO2

燒結/石灰窯煙道氣分析系統

H2S、CO、CO2、H2O

高爐噴煤分析系統

CO

電捕焦安全分析系統

CO

電除塵安全分析系統

H2S、CO、CO2

煤氣回收系統

CO

電力行業

火電廠廢氣排放

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式

CO、CO2、H2S、CH4等

DeNOx 過程中SCR、SNCR 競爭反應的優化控制

原位(插入式、對穿式、旁路式)

NH3、H2O

水泥行業

電除塵安全分析系統

原位(插入式、對穿式、旁路式)

CO

水泥制造過程管道、車間、周邊的監測

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式、掃描式、點式

CO、CO2、NH3、H2O、H2S、HF

其他行業

煙草加工生產過程管道、車間、周邊的監測

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式、掃描式、點式

CO、CO2、

核電、核加工生產過程管道、車間、周邊的監測

HF

制陶業生產過程管道、車間、周邊的監測

HF

電解鎳、電解銅生產過程管道、車間、周邊的監測

CO、HF

制藥生產過程管道、車間、周邊的監測

NH3、CO2

科考火山釋放氣體監測

開路式、掃描式

CO2、CH4、H2S

燃燒脫硫脫銷工藝;如發動機實驗室等

原位(插入式、對穿式、旁路式)

NH3、H2O、CO、CO2

儀器能夠監測的其他工況

原位(插入式、對穿式、旁路式)、開路式、掃描式、點式、抽取等

CO、CO2、H2O、HCL、HF、H2S、HCN、NH3、CH4、C2H2、

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