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激光气体分析仪采用的是原位式（或称直插式）测量技术，在被测工艺管线上直接进行测量。与传统的抽取式气体分析不同，原位式分析并不需采样管路抽取、输送样气，更无需对样品进行预处理。这样，激光分析仪的基本配置较抽取式分析仪简化了许多，以西门子公司的激光气体分析仪LDS6为例，主要分为中央处理单元、发射探头、接收探头、信号光缆及附件，系统如图1所示。
在实际使用过程中，待测介质可能含有粉尘，影响信号的强度，不利于信号的检测。某些待测气体中的粉尘含量不仅高，而且还存在动态变化的情况。粉尘对激光信号有遮挡，会影响到信号强度，甚至完全阻挡激光传输与接收；粉尘动态变化则造成信号不稳定，这些都需要激光分析仪有针对性地进行处理。西门子LDS6型激光分析仪采用其特有的专利“二次谐波处理”方法和“自动增益控制”技术，专用于滤除粉尘影响及粉尘动态变化的情况。
传统的抽取式气体分析仪应用时需要了解待测介质的组成，考虑各成分之间可能存在的相互干扰，以此判断与选择适合的分析仪种类。激光气体分析仪发出的激光波长被调制精确等于某种特定气体的吸收线，所发的单色激光只被扫描光谱范围内具有特定吸收谱线的特定成分有选择地吸收，测量过程中没有任何交叉干扰。相对比传统分析方法具有更高的精确度。激光分析仪的吸收谱线也可被称为“单线吸收谱”。
激光气体分析仪响应迅速，采样更具代表性，特别适合工艺连锁、安全监测的应用
什么是激光分析仪
对于烟气脱硝处理（SCR和SNCR）中逃逸氨（NH3）的测量，且不提NH3的高化学活性在样气输送过程中极易被“污染”诸多因素，单就分析方法而言，某些原理的分析仪并不直接测量NH3的浓度，需借助于转换器，经过复杂的变换过程才可分析。一旦转换存在偏差，测量结果必将受到影响，分析精度无法得到保障。激光气体分析仪在原位进行测量，无需样品采集、传输、预处理，分析更快速，更利于效率优化。测量采用“线采样”形式，直接分析待测组分的吸收谱线，无需经过转换，样气不会受到本身化学性质及传输过程影响，分析结果准确。西门子LDS6型激光分析仪采用其特有的专利“二次谐波处理”方法和“自动增益控制”技术，更能确保在此类高粉尘含量应用中的准确分析。
新帮手气体在线监测原位式激光分析仪
图2 激光分析仪用于SNCR过程监测试验（数据提供：西门子公司）。
原位式激光分析仪在流程工业生产中的应用
用于烟气排放测量
氧气转炉（BOF）是普遍的炼钢设备，将钢水注入转炉圣洁风淋室，水冷喷头向转炉内吹入高压氧气。吹入的氧与钢水中的碳经过氧化结合生成CO和CO2，并以炉气的形式与钢水脱离、排放。整个转炉炼钢的工艺流程约15~20min。炉气中的CO和CO2可以作为反映转炉工作状态的参数组，通过迅速、准确监测炉气中CO、CO2的含量，可以提高转炉的工作效率，节约大量的氧气与能量，优化整个流程。通过西门子公司在欧洲的大量应用、测试结果，激光分析仪的快速相应能够节省约5%~10%的流程周期，这无疑对提高转炉效率、优化流程、节约能源有着巨大的帮助青岛风淋室 。
激光气体分析仪无需采样装置、样品输送管线和样品预处理系统，具有系统简单、采样典型、测量迅速、维护简便、不受干扰等特点，特别适合用于环境恶劣、要求快速响应以及待测成分易受传输系统影响的应用。
图2为西门子公司提供的德国MVR电厂对LDS激光分析仪应用于SNCR过程监测试验。测试的第一阶段，SNCR工艺流程利用LDS激光分析仪监测的氨逃逸值控制氨的注入量，NOx、NH3的排放量以及氨的消耗量显然受到良好地控制。试验的第二阶段，停止SNCR，不向烟气注入氨，氨的逃逸量也随之降为零。NOx由于没有降解处理，排放量明显增加。在第三阶段，电厂重新开始向烟气注入氨，并未利用LDS激光分析仪的测量值来控制、优化工艺，虽然NOx的排放量得到一定的控制，但并不稳定，并且氨的逃逸量以及氨的消耗量均很高。在试验的最后阶段，LDS6的测量值再次参与工艺流程控制，NOx的排放量趋于稳定，氨的排放与消耗量重新得到控制。由此可见LDS6分析仪对SNCR工艺的控制、优化和成本降低具有优异的成效。
与煤粉仓监测类似的还有煤气监测、电除尘设备的安全监测。激光气体分析仪分析快速、可靠性高，无易损部件，维护量小。高分辨率的单线吸收谱测量原理，无干涉影响，并可适应含尘量动态变化，是安全监测理想的分析仪表。
激光气体分析仪的测量无干扰、高选择性，快速响应等一系列优点使其近年来在流程工业中越来越得到重视，在钢铁冶金、化工、环保等行业中也逐渐得到推广。
激光分析仪与传统的抽取法气体分析仪相比，具备采样更有代表性、测量更迅速、测量所受的干扰更小等诸多优点，正越来越多地被用于过程控制与工艺优化应用中。本文将从基本原理、系统构成和实际应用等方面对激光分析仪做简单介绍。 |
