轉爐煤氣是煉鋼生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，主要成分是CO，無色、無味、無臭，毒性*。轉爐煤氣回收是冶金企業(yè)典型的節(jié)能和安全環(huán)保項目。轉爐煤氣回收的安全性由氧氣含量確定，略有疏忽，將釀成嚴重的火災和爆炸事故。因此，使用精密可靠的氣體分析儀器對其進行密切監(jiān)測是轉爐煤氣安全回收的重要環(huán)節(jié)。新興鑄管股份有限公司對環(huán)保和節(jié)能減排工作非常重視，煉鋼部對生產(chǎn)過程的煙氣凈化和放散進行了嚴格控制。在煤氣回收系統(tǒng)，激光氣體分析儀作為氣體含量檢測的重要工具，以其靈敏度高、響應速度快的特點，發(fā)揮了很強的優(yōu)勢。本文重點介紹半導體激光氣體分析儀的組成、測量原理和在轉爐煤氣節(jié)能回收和治理事故隱患方面的應用。

一、半導體激光氣體分析儀組成與安裝

半導體激光氣體分析儀主要由發(fā)射裝置、接收裝置、中央分析儀器和吹掃裝置四大部分構成。（見圖1）

1、發(fā)射裝置由激光發(fā)射模塊、光學視窗和精密光路調整機構等組成，安裝在CO氣體管道上。主要功能是發(fā)射準直激光束。

2、接受裝置由光傳感器、信號處理電路、光學視窗和精密光路調整機構等組成， 安裝在CO氣體管道與發(fā)射裝置相對應的一面。主要功能是接收發(fā)射裝置發(fā)出的，通過被測氣體后的激光信息，并實現(xiàn)光電轉換和信號處理。

3、中央分析儀器是儀器的核心部分。主要包括半導體激光器、驅動、信號處理、鎖相放大、接口電路和人機界面等部分。通過光纖與發(fā)射裝置連接。由激光發(fā)射模塊發(fā)出的激光束，穿過管道中的被測氣體介質，被安裝在直徑相對方向上接收裝置中的光電傳感模塊的探測器接收，接收裝置傳回的電信號經(jīng)信號處理和鎖相放大后，模數(shù)轉化成數(shù)字信號送至以微處理器為核心的信號處理與控制電路，經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)處理后，得到被測氣體介質的濃度值。

4、吹掃裝置是為防止被測環(huán)境中粉塵對發(fā)射和接收裝置上的光學視窗造成污染的設備單元。吹掃裝置可連續(xù)提供干燥壓縮氮氣，對發(fā)射裝置和接收裝置上的氣體接口持續(xù)吹掃，使光學視窗前形成一層清潔氣幕，從而對視窗起到清潔保護作用。

二、半導體激光氣體分析儀的測量原理

半導體激光氣體分析儀的測量原理基于朗伯-比爾定律，即Lambert定律：光被透明介質吸收的比例與入射光的強度無關；在光程上每等厚層介質吸收相同比例值的光。Beer定律：光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。

由于半導體激光器發(fā)射出特定波長的激光束，在穿過被測氣體時，被測氣體分子將選頻吸收光源發(fā)出的光能量，表現(xiàn)為光電傳感模塊探測到的激光透過率發(fā)生了衰減，而此衰減程度與被測氣體的濃度具有強相關的正比函數(shù)關系，因此，通過測量激光強度衰減信號就可以分析推算出被測氣體介質的濃度值。

三、半導體激光氣體分析儀的性能特點

轉爐煤氣分析儀由于采用了半導體激光吸收光譜技術，從根本上解決了采樣預處理帶來的響應滯后、維護頻繁、易堵易漏、易損件多和運行費用高等各種問題，與傳統(tǒng)的氣體分析測試儀相比具有如下明顯優(yōu)點：

1、儀器一體化設計，結構緊湊，實現(xiàn)了高度智能化的自控自檢，系統(tǒng)運行安全平穩(wěn)，檢測靈敏度高，數(shù)據(jù)可靠。

2、儀器采用光學原理，對介質進行非接觸測量，能夠適應高溫、高粉塵、高水分、高流速、強腐蝕等惡劣環(huán)境，操作方便。大大減少了設備維護工作量。

3、現(xiàn)場原位實時隨機測量，避免復雜的氣體采樣和預處理，響應速度快，運行成本低，生產(chǎn)效率高。

4、吹掃系統(tǒng)可防止光學視窗污染，不受背景氣體交叉干擾。

5、模塊化設計，可現(xiàn)場更換所有功能模塊；可通過網(wǎng)絡無線數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)氣體分析儀運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。

6、*激光機設計，減小風機振動帶來影響。無有害氣體排放，有利于安全生產(chǎn)職業(yè)健康和環(huán)境保護。

四、濃度值換算及對回收杯閥的設置與控制

煉鋼部轉爐采用干法除塵，煤氣中含有的飽和水蒸氣，并且水蒸氣在煤氣中的比例不是固定的，所以被煤氣分析儀檢測到的煤氣中的一氧化碳含量值是被稱為濕態(tài)一氧化碳的含量，不具直接引用價值。必須去掉水蒸氣得到標準狀態(tài)下（一個標準大氣壓，0攝氏度）的所謂干態(tài)下一氧化碳含量值。并以此換算出來的一氧化碳值來控制閥門的動作。

煤氣回收的閥門采用兩個進口液壓杯閥，一個是DN1800放散杯閥，一個是DN2600回收杯閥。在回收側杯閥后還有一個液壓眼鏡閥。在檢修煤氣冷卻器時可將這個閥門關閉，防止煤氣泄露。為了回收的安全性，閥門設計為在自動情況下，放散側杯閥為開，回收側杯閥為關。閥臺帶有蓄能器，如果油泵發(fā)生問題，可閥門正常動作1-2次。

當一氧化碳含量過12%并且氧含量小于1%時，放散側杯閥先關25%，升高回收側杯閥前的壓力，直到回收側杯閥的前后壓差為正0.3Kpa，這時，回收側杯閥以正常速度打開。這個稱之為升壓過程，目的是防止回收側杯閥后的煤氣倒流到管道中。當回收杯閥全開后，放散側杯閥則正常關閉。

當一氧化碳含量小于10%時，兩個閥同時動作，直到放散側全開，回收側全關。在事故狀態(tài)下，液壓閥臺上的電磁閥全部失電，閥門依靠本身自重，快速動作。

五、使用效果

自從半導體激光氣體分析儀在線檢測轉爐煤氣回收項目投用以來，與傳統(tǒng)采樣預處理分析相比，激光檢測系統(tǒng)響應速度快了15-30秒，提升生產(chǎn)效率3-5%。同時避免了因維護儀表影響煤氣回收問題，進一步提高回收效率。有效實現(xiàn)了煉鋼區(qū)域的降本增效，為公司的整體節(jié)能降耗做出了貢獻。