DLAS技术在CO在线分析系统中的应用

ilohurfata

摘要：简单介绍了利用激光能量被气体分子“选频”吸收形式吸收光谱的原理来测量气体浓度的DLAS技术，并阐述了DLAS技术在我厂为了测量燃料燃烧情况、对环境的污染情况和防爆处理情况，在3#炉电除尘后烟道及4#炉烟道左右侧CO在线激光分析系统，和为了测量煤气参与燃烧的浓度的4#炉高炉煤气的CO激光在线分析系统中的应用。
关键词：DLAS技术 CO 在线分析 激光
中图分类号：TP216.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0081-02
1 概述
梅山钢铁公司能源有限公司新投运1台掺烧煤气锅炉和1台全烧煤气锅炉。本文主要讨论了运用了DLAS技术的CO激光在线分析系统在这2台锅炉的CO监测系统中的应用。
众所周知，现在环保要求相当高，CO如果大量排入大气中，导致空气中CO浓度偏高，CO与人体内的红细胞的结合能力比O2与红细胞的结合能力强，并且结合后不容易分离，故而使红细胞失去正常的运输O2的功能，使人产生中毒症状。据悉，空气中的CO达到0.06%，呼吸1小时就能引起人的中毒，如果达到0.32%，只需30分钟，人就可以陷入昏迷而死亡。因此，对烟道CO排放量的监视就有着非常重要的意义。另外，对锅炉烟道CO的监视还可以监测燃料的燃烧率，防止CO排放量超标而发生爆炸事故，还可以监视煤气燃烧是否充分提高燃烧系数，以节约能源。4#锅炉是全烧煤气锅炉，对高炉煤气的监视即对燃料量的监视显得尤为重要。
2 DLAS技术简介
DLAS（Diode Laser Absorption Spectroscopy）是半导体激光吸收光谱技术的简称。该技术是利用激光能量被气体分子“选频”吸收形式吸收光谱的原理来测量气体浓度的一种技术。具体来说，半导体激光器发射出的特定波长的激光束穿过被测气体时，被测气体对激光束进行吸收导致激光强度产生衰减，激光强度的衰减与被测气体含量成正比，因此，通过测量激光强度衰减信息即可获得被测气体的浓度。（见基本测量工作原理示意图，如图1）
3 DLAS技术在我厂的应用
3.1 系统安装
应用了DLAS技术的激光现场在线CO气体分析系统主要由发射装置、接受装置和中央分析仪器等构成，发射装置和接受装置可以直接在被测管道（烟道）上，发射装置发射特定频率的激光，直接穿过过程气体管道（烟道），被接受装置中的传感器接受，接受装置将检测信号传送到中央分析仪器，中央分析仪器完成对过程气体的检测分析和输出控制。（其安装图见图2）
发射装置：由半导体激光器、温控模块、光学视窗等组成，主要功能是发射调制激光束，该激光束通过被测气体到达接受装置。
接受装置：由传感器、光电转换模块、光学视窗等组成，主要功能是通过传感器接受通过气体环境的激光束，并将采集到的激光强度信息实时传送给中央分析仪器。
中央分析仪器：主要由电源板、信号处理板、人机界面板等部分构成。电源板将交流电源转换成直流电后供电给中央分析仪器内部各电子电路以及发射装置和接受装置中的电子电路。信号处理板完成所有的光谱信号处理，获得气体浓度。人机界面板通过液晶显示器、薄膜键盘和RS232串行口实现人机交流和外部数据通讯。
机械连接装置：由根部阀、焊接法兰和仪器法兰等构成，是将发射装置和接受装置安装在过程气体管道（烟道）上的机械装置。
吹扫装置：由精密过滤器、温压阀和流量计等构成，通过向仪器管道内吹入氮气等气体，防止光学视窗污染的防护装置。
标定装置：由标定管、减压阀和标定气等构成，是用来进行仪器标定的一套部件。
GPRS无线通信模块：用户可选配GPRS无线通信模块，将现场数据通过GPRS网络传输到远端进行存储分析，并可实现远程参数设置和程序升级等管理功能。
3.2 在4#锅炉上的应用
DLAS技术用于气体分析的三大问题，即背景气体的交叉干扰、粉尘和视窗污染时对测量的干扰以及被测气体环境参数变化的影响，从而避免了采样预处理系统，简化了测量步骤，从而能够实现现场在线分析测量。
我厂4#锅炉时一台全烧煤气设备，在4#锅炉上公投用了3台CO激光在线分析仪，其中2台分别用于烟道左侧和右侧，另一台用于高炉煤气，前2点的工作温度为200℃左右，飞灰浓度很低；后1点工作温度为30℃左右，飞灰浓度趋近于0，均符合系统要求。前2点测量出来的CO浓度为0.03%左右，达到国家环保标准要求。高炉煤气CO含量在22%左右，能够达到最低燃烧状态。
3.3 在3#锅炉上的应用
3.3.1 遇到问题
3#锅炉的CO激光在线分析仪与3#锅炉同时投运，但其一直无法正常运行，到底是什么地方出了问题？透过率显示一直为0%，CO浓度一直无法测量。经检查，发射单元、接收单元安装均符合要求，镜片擦拭得也足够清晰，氮气吹扫工况正常，气体环境温度为200℃左右，符合系统所要求的运行条件。后来经多次现场勘查发现是由于从发射单元到接收单元之间的飞灰太多，导致激光束无法穿透飞灰射到另一端。
3.3.2 解决问题
飞灰过多，如何解决，这个难题又摆在了面前。若是想办法减少此测点的飞灰，将需要增加很多不必要的设备，不但不能起到降本增效的作用，而且还将增加很多维修、维护点，设备的可靠性大大降低，显而易见，这个方法是行不通的。该测点的工况无法改变，看来我们只有更改测点了。烟道很长，之前测点是放在电除尘前，实践证明，电除尘前飞灰含量过多，导致CO无法测出，现在将测点移至电除尘后，飞灰经电除尘，基本已经除尽，其飞灰含量符合CO激光在线分析仪的要求。
3.3.3 运行现状
运用了DLAS技术的CO激光在线分析仪移至电除尘之后，运行状况非常好，透过率正常，能够正确测量出CO的实际含量，测出的CO符合环保等要求，这是一次成功的移位改造。
4 结语
CO激光在线分析系统投运2年多来，我厂根据实际运行情况对4#炉烟道的CO激光在线分析系统进行了移位安装改造，改造后运行情况一直很好。3#炉3台CO激光在线分析系统自投运以来对燃烧情况、污染情况和防爆情况的监视均能满足我厂的生产实际需要。这4台运用了DLAS技术的CO激光在线分析系统为3#炉、4#炉的经济、安全、稳定运行提供了有力的保障。
参考文献
[1]《热工仪表及自动装置》.山西省电力工业局编，中国电力出版社出版.
[2]《火力发电工程调试技术规定汇编》.国家电力公司电源建设部编，中国电力出版社出版.