摘要：近年来，随着中国经济的高速发展，国家对安全及环保的高度重视，气体分析所面临的课题和需求正在发生着很大的变化。同时气体分析仪不仅可以应用于环境问题，而且还可以用于冶金行业中燃料供给控制，帮助操作人员调节燃料与助燃剂之间的比例成分。本文针对气体分析仪的原理进行相应的探讨，并结合实际问题分析气体分析仪在转底炉余热锅炉中的应用。
关键词：在线气体分析仪；转底炉；环境；
一、在线气体分析仪简介
在线气体分析仪是指直接安装在工业生产流程或其他源流体现场，对被测介质组成的成分参数或物性参数进行自动连续分析测量的一种测量仪器。在线分析仪器大致分为两类，一类是直接安装在流程工艺管道上的在线分析仪器，仪器传感器直接安装在工艺管道或设备中，也称为原位分析仪器；另一类是通过简单的取样样品处理，将样气从工艺管线取出，送到安装在现场的过程分析仪器检测。这类简单的取样样品处理被成为在线分析仪器的取样预处理部件。在线气体分析仪包括在线色谱分析仪、红外分析仪、热导分析仪和激光分析仪。本文着重分析激光在线气体分析仪的原理及应用。
2.1 在线气体分析仪发展历程
1957年国产热导式CO2分析仪产出。为满足工业发展及国防需求，国产仪器陆续产出。H2/CO/SO2/NH3以及O2和红外等气体分析仪，国内组建了一批分析仪器厂。
1965年国产工业气相色谱仪产出，1974年第二代工业色谱仪产出。七十年代国产分析仪器行业形成体系。批量产出光学（红外）、电化学、电导、热学、顺磁氧、色谱等系列在线分析仪器。七十年代后期引进国外先进分析仪器技术并国产化。
1984年国产工业质谱仪，用于8312等重点工程。国产在线分析仪器通过科技创新及引进消化吸收，实现了产品更新换代。七五、八五期间，通过科技攻关及引进吸收，在线分析系统得到发展。九十年代改革开放，国企改制，民企得到新发展。
2000年以来，在线分析仪器及分析系统行业得到大发展。目前一游数百家分析仪器公司，涌现一批上规模的民企和国企。在线分析工程技术开始得到推进。
2.2激光在线气体分析仪测量原理
现场在线(in-situ)分析测量工业过程气体成分含量，在世界工业领域中显得越来越重要。现场在线气体分析测量也是复杂工业过程和排放最重要的领域之一。特别是用户对低含量和高精度气体分析测量的需要，也要求气体分析仪制造商采用更新、更先进的技术。
激光在线气体分析仪开创了工业过程和排放气体测量新领域。通过先进的固态二极管激光技术、光学解决方案、光谱学和坚固的工业设计等独特技术，激光在线气体分析仪能工作在无来自其它气体交叉干扰影响情况下。过程压力可达5 bar，温度超过1600℃。激光在线气体分析仪是光学仪器，从温度稳定、单模二极管激光器发射激光到发射器直径方向相对的接收器上。二极管激光器工作在室温附近。
传统在线(on-line)分析仪如红外(IR)在线分析仪通常受来自其它气体成分(包括粉尘、水分背景成分等)交叉干扰影响，此问题在探测含量很低时，显得越来越严重。对照采用宽带光谱过滤的传统IR红外在线分析仪，激光在线气体分析仪采用在近红外光谱范围内的单线光谱技术。
单线光谱测量技术基于在近红外区域内对被测气体单吸收线的挑选。通过对所选吸收线光谱分析，使得在所选吸收线波长内无其它气体的吸收线(无交叉吸收干涉)。然后，通过调节二极管激光器温度和驱动电流，将二极管激光器频率调整对应到气体的单吸收线。激光光谱宽度相应调整到比被测气体单吸收线光谱宽度更窄。通过改变二极管激光器的电流，包含单吸收线的激光波长被扫描发射出来。
在激光扫描发射期间，作为波长的一个特性，接收单元探测到的光强度将发生变化，且此变化仅仅是来自于激光器与接收器之间光通道内被测气体分子对光线的吸收。探测到的单吸收线的形状和尺寸，用来计算发射器和接收器之间的气体含量。其它气体的吸收线不会出现在所选波长范围内，因此不会对单吸收线产生干扰，从而影响气体含量测量。
激光在线气体分析仪不受过程气体中分水、粉尘或视窗上污染物等吸收影响，这是由于气体含量的计算是基于独特单吸收线尺寸和形状，因此实现了更可靠的测量，并减少了维护的需要。
3激光在线气体分析仪在转底炉燃烧中的应用
钢铁厂每年产生的大量不适合预高炉利用的含铁废弃物，给环保带来很大的压力，如何对其进行回收利用是困扰冶金行业的一个难题。而转底炉直接还原炼铁比较适合用于中国冶金行业。莱钢转底炉直接还原炼铁工程中，从转底炉出来的煤气会经过二次燃烧和热交换器来预热助燃空气，该部分会经过余热锅炉进行能源循环利用，是转底炉的重要部分。时刻检测出转底炉出口CO、氧气含量可以及时反映转底炉炉内状况，并对余热锅炉气体进行控制。CO检测是保证回收到最有价值的煤气，而氧气分析仪检测是避免煤气中的氧气含量过高导致在回收或者使用中发生爆炸。由此可以看出激光气体分析仪为提高产品质量、产量、保证生产安全起着十分重要的作用。
激光在线气体分析仪可以在线检测出转底炉出口CO、氧的含量，会定期向PLC控制中心提供准确、可靠的数据，通过计算分析这些数据，来控制CO、氧的供给量。由于在线气体分析仪有无阀切换、电子压力控制等技术优势，提高了测量的响应时间，保证了测量数据的可靠性。分析仪还可以帮助测量热风炉出口氧含量，优化高炉燃烧，提高产品质量。还有在锅炉燃烧中起到了烟道化学成分分析的作用，据此操作人员可以恰当调整助燃空气的供给量。
4结论
本文主要介绍了激光在线分析仪的原理及其在冶金行业中的应用。在未来随着各行业自动化水平的不断提高、科学技术的进步，气体检测仪器仪表行业将会飞速发展，同时市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、环境法规法律的完善也是气体检测行业发展的核心动力，在线气体分析仪的应用会越来越多。
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