1.系統設計(ji)思路

高爐噴煤，特別是噴吹高揮發性、強爆炸性的煙煤時，安全性差。因此必須采用先進的安全保護措施。實時響應的氣體在線分析儀的應用可確保高爐噴煤系統的安全，分析系統通過對高爐噴煤系統中的煤磨機入口的O₂濃度進行在線檢測，以保證煤磨機的安全；通過對布袋除塵出口O₂濃度進行檢測，以實時反映煤磨機與布袋出口間的管道泄漏信息；通過對煤粉倉的CO₂濃度進行實時的監測，從而反映煤粉倉CO的聚集信息并提供相應的安全操作控制依據。

考慮到項目的上述需求，我們采用2套SLAS-100型激光式氧氣在線分析系統分別在線分析磨煤機入口和布袋出口的O₂的濃度。采用1套SLAS-100型激光式一氧化碳在線分析系統，在線分析煤粉倉的CO濃度。SLAS-100- O₂可原位安裝、實時測量，SLAS-100-CO在經過簡單預處理后，進入分析處理階段，因此很好的解決了響應速度、測量精度和維護標定等問題，是一個高性價比的解決方案。

2.技術來源(yuan)

SLAS-100型半導體激光(guang)在線分(fen)析(xi)(xi)系統(tong)系新澤儀器研(yan)發設計制造(zao)。 所提供設備的(de)(de)技(ji)術來源于中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)學(xue)院、中(zhong)國(guo)(guo)工程院、英國(guo)(guo)劍橋大學(xue)、德國(guo)(guo)海德堡大學(xue)的(de)(de)科(ke)研(yan)成果，有(you)相當成熟(shu)的(de)(de)專業生產(chan)(chan)分(fen)析(xi)(xi)儀的(de)(de)實踐應用(yong)經驗(yan)，系統(tong)采(cai)用(yong)原裝進口與(yu)國(guo)(guo)產(chan)(chan)相結合，分(fen)析(xi)(xi)系統(tong)和分(fen)析(xi)(xi)儀具有(you)國(guo)(guo)際領先(xian)水(shui)平。

新澤儀器有(you)一批(pi)懂(dong)技術(shu)、熟悉(xi)現場、工作效率高的工程技術(shu)人(ren)(ren)員和現場服務人(ren)(ren)員，并能長期保障(zhang)所供設備（國內、國外）備品(pin)備件的供應(ying)，有(you)效地解決了用(yong)戶的后(hou)顧之憂(you)。有(you)著(zhu)國內外各行業的供貨業績和豐富的現場投運經驗。

3. 系(xi)統測量原理

SLAS-100型半(ban)(ban)導體(ti)(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)氣體(ti)(ti)(ti)分(fen)析(xi)系(xi)統，基于國際領先的(de)半(ban)(ban)導體(ti)(ti)(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)吸收(shou)光(guang)(guang)譜技術（DLAS），即“單(dan)線光(guang)(guang)譜”測(ce)(ce)量(liang)技術。具(ju)體(ti)(ti)(ti)來說，就是通過(guo)測(ce)(ce)量(liang)具(ju)有某(mou)一特定吸收(shou)譜線的(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)束在穿(chuan)過(guo)被(bei)測(ce)(ce)氣體(ti)(ti)(ti)時發生的(de)衰減信(xin)息，并根據激(ji)(ji)光(guang)(guang)強度(du)衰減與被(bei)測(ce)(ce)氣體(ti)(ti)(ti)含量(liang)間的(de)正比關系(xi)，分(fen)析(xi)獲得(de)被(bei)測(ce)(ce)氣體(ti)(ti)(ti)的(de)濃度(du)。

與(yu)非分(fen)(fen)光紅外氣(qi)體(ti)(ti)分(fen)(fen)析技(ji)術(shu)(shu)相同(tong),DLAS技(ji)術(shu)(shu)也是一種(zhong)吸(xi)收(shou)光譜(pu)技(ji)術(shu)(shu)，它(ta)利用Beer-Lambert關(guan)系來(lai)(lai)定(ding)(ding)量分(fen)(fen)析半(ban)導體(ti)(ti)激光能量被被測(ce)氣(qi)體(ti)(ti)選擇吸(xi)收(shou)產生的(de)衰減來(lai)(lai)獲(huo)得(de)氣(qi)體(ti)(ti)的(de)濃(nong)度。與(yu)傳統非分(fen)(fen)光紅外分(fen)(fen)析技(ji)術(shu)(shu)使用譜(pu)寬很寬且固定(ding)(ding)波長的(de)紅外光源不同(tong)，DLAS技(ji)術(shu)(shu)使用譜(pu)寬非常(chang)小(也就是單色性(xing)(xing)非常(chang)好) 且波長可調(diao)諧的(de)半(ban)導體(ti)(ti)激光器作為光源。因此(ci)，DLAS技(ji)術(shu)(shu)具有傳統非分(fen)(fen)光紅外分(fen)(fen)析技(ji)術(shu)(shu)無法實(shi)現(xian)的(de)一些性(xing)(xing)能優(you)點。

n 不受背景氣體交叉(cha)干擾

半導體激光器發射的激光譜寬小于0.0001nm，是紅外光源譜寬的1/10⁶，遠小于紅外光源譜寬和被測氣體單吸收譜線寬度，其頻率調制掃描范圍也僅包含被測氣體單吸收譜線（半導體激光吸收光譜技術也因此被稱為單線光譜技術），因此成功消除了背景氣體交叉干擾影響。

n 不受粉塵和視(shi)窗污染干擾

非分(fen)光紅外(wai)氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)析(xi)儀在(zai)分(fen)析(xi)粉(fen)塵含量較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)時，粉(fen)塵和被污染(ran)的(de)(de)(de)(de)光學元件會引起氣(qi)(qi)室透(tou)光率的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，而固定波(bo)長的(de)(de)(de)(de)光源又(you)無(wu)(wu)法區(qu)別(bie)氣(qi)(qi)體(ti)和粉(fen)塵的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收，因(yin)此無(wu)(wu)法自動修正(zheng)粉(fen)塵對光學元件的(de)(de)(de)(de)污染(ran)影響。而半導(dao)體(ti)激光的(de)(de)(de)(de)波(bo)長可通(tong)過(guo)調制工作電(dian)流(liu)而被掃描，使激光波(bo)長既(ji)掃描過(guo)有(you)氣(qi)(qi)體(ti)吸(xi)收的(de)(de)(de)(de)區(qu)域，也掃描過(guo)沒(mei)有(you)氣(qi)(qi)體(ti)吸(xi)收的(de)(de)(de)(de)區(qu)域。DLAS技(ji)術通(tong)過(guo)激光波(bo)長掃描技(ji)術修正(zheng)了粉(fen)塵和視窗污染(ran)對測量的(de)(de)(de)(de)影響。

n 不(bu)受被測(ce)氣(qi)體環境參(can)數變化干擾(rao)

被測(ce)(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)環境參(can)數—溫度(du)或壓(ya)力(li)變化通常導致譜(pu)線(xian)強度(du)和展寬發(fa)生(sheng)變化，對溫度(du)或壓(ya)力(li)信號(hao)不加修(xiu)正就會(hui)影響測(ce)(ce)量結(jie)果。而(er)DLAS技術是對被測(ce)(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)單一吸收譜(pu)線(xian)進行分析，因此可較容(rong)易地對溫度(du)、壓(ya)力(li)效應(ying)進行修(xiu)正。為(wei)此SLAS-100型(xing)系統內置了溫(wen)度(du)和壓(ya)力自(zi)動(dong)修正(zheng)功能，能根(gen)據實際(ji)測量(liang)(liang)得(de)到的(de)被測氣(qi)體(ti)(ti)溫(wen)度(du)和壓(ya)力對(dui)氣(qi)體(ti)(ti)成分測量(liang)(liang)值進行自(zi)動(dong)修正(zheng)，從而可實現精(jing)確的(de)在線氣(qi)體(ti)(ti)分析。

綜上所述，單(dan)線光譜技(ji)術(shu)、激光波(bo)長(chang)掃描技(ji)術(shu)和環境(jing)參數自動修(xiu)正技(ji)術(shu)使DLAS技(ji)術(shu)可以被(bei)用于實現氣體(ti)的原(yuan)位分(fen)析，因此比非分(fen)光紅外(wai)等傳統(tong)采樣氣體(ti)分(fen)析系統(tong)具(ju)備更強(qiang)的環境(jing)適(shi)應(ying)性。并且由于激光氣體(ti)分析系統(tong)省(sheng)卻了采(cai)樣預處(chu)理裝置，結構簡(jian)單、無運(yun)動(dong)部件，維護標定(ding)方便、可靠性高，響應(ying)速(su)度快(kuai)而準確，大大提升了在線過程氣體(ti)檢測(ce)的水平。

4. 系統結構介紹

發射(she)單元：由激(ji)(ji)光發(fa)射(she)裝置(zhi)、光學(xue)部件、發(fa)射(she)箱體等組成(cheng)。主要功能是(shi)發(fa)射(she)調制激(ji)(ji)光束，該激(ji)(ji)光束通過被(bei)測(ce)氣體到達接收單(dan)元。

接收單元：由光(guang)(guang)電(dian)傳感(gan)器(qi)、光(guang)(guang)學(xue)部件、信號放大板、接(jie)收(shou)箱體等組成。光(guang)(guang)電(dian)傳感(gan)器(qi)接(jie)收(shou)通過氣體環境的激光(guang)(guang)束，并將(jiang)激光(guang)(guang)強度信息實時傳送給(gei)PLC或(huo)DCS系統(tong)。

機(ji)械連接(jie)單元：由(you)根(gen)部閥(fa)、焊接法蘭(lan)、儀器法蘭(lan)等組成。其(qi)作用是通過法蘭(lan)和鎖箍(gu)連接將發射單(dan)元(yuan)和接收單(dan)元(yuan)安裝在過程(cheng)氣體管道上。

吹掃系統：由精密過濾(lv)器(qi)、減壓閥、流量計、箱體(ti)(ti)等組(zu)成。通(tong)過向機械連(lian)接單元管道內(nei)吹(chui)入(ru)高(gao)純(chun)工業氮氣(qi)，在(zai)光學視窗前形成氣(qi)幕(mu)保護，從而防止光學視窗被過程氣(qi)體(ti)(ti)污(wu)染，保證儀器(qi)正常運行。

5. 磨機入口和布袋出口O₂分析系統

根據該項目要求(qiu)，磨機入口和布袋出口O₂分析系統采用山東新澤儀器有限公司的SLAS-100型原位在線式激光過程氣體分析系統檢測O₂含量。SLAS-100型原位在線式激光過程氣體分析系統是結合多年的激光氣體分析產品的開發和應用經驗，集成半導體激光吸收光譜、激光器波長自適應、一體化防爆、GPRS等多項創新技術，推出的新一代激光過程氣體分析產品。該系統的發射和接收單元直接安裝在工業管道上，整個系統由于無預處理及運動部件，使得其相對于傳統紅外等分析系統，運行的穩定性和可靠性大大增強，響應時間快，并且維護標定工作量和運行費用大大降低。

6. 煤(mei)粉(fen)倉CO分析系統(tong)

煤粉倉(cang)CO分析系統是由一套取樣探頭、一整套預處理系統、一套SLAS-100-CO分析儀、及輔助附件組成，預處理系統安裝在一個標準機柜內。

煤粉倉過(guo)(guo)程氣(qi)體(ti)在射流泵(beng)的(de)(de)抽(chou)取(qu)下，經采樣(yang)探頭去除大顆粒(li)粉塵、經精密(mi)過(guo)(guo)濾器過(guo)(guo)濾小顆粒(li)粉塵后直接(jie)送入旁路測(ce)(ce)(ce)量(liang)管(guan)，測(ce)(ce)(ce)量(liang)管(guan)一端的(de)(de)發射單(dan)元(yuan)發射出特定(ding)頻(pin)率的(de)(de)激光，穿過(guo)(guo)測(ce)(ce)(ce)量(liang)管(guan)并被另一端的(de)(de)接(jie)收(shou)單(dan)元(yuan)接(jie)收(shou)。接(jie)收(shou)單(dan)元(yuan)在接(jie)收(shou)到衰減的(de)(de)激光后，通過(guo)(guo)對測(ce)(ce)(ce)量(liang)信號的(de)(de)分析處理，得到被測(ce)(ce)(ce)氣(qi)體(ti)濃度并輸(shu)出，樣(yang)氣(qi)高空排(pai)放，或排(pai)至(zhi)其(qi)它安全(quan)區域。

系統方案圖

煤粉倉(cang)CO在線(xian)分析系(xi)統圖

7.系統特點(dian)

n 無需采樣，現場(chang)測量

n 隔(ge)爆防(fang)爆 (ExdIICT5), 比較正壓防(fang)爆系統(tong)安全(quan)系數更高,

n 響應速度快（<1s），測量精度高（≤±1%）

n 檢測氣體的溫度可以高(gao)達1500℃

n 操(cao)作維護方便，運(yun)行費用低

n 不受復雜背(bei)景氣體交叉(cha)干(gan)擾

n 工作環境溫度：-30℃～80℃

n 激光頻率掃(sao)描技(ji)術，自動修正粉(fen)塵及光學視窗污染(ran)對測量濃度的影(ying)響

n 結構簡單緊湊、可靠性高(gao)

n 模(mo)塊化設計，可(ke)現場(chang)更換所有功能(neng)模(mo)塊

n 安裝方便,安裝時系統(tong)自動(dong)對焦(jiao),效率及準確度(du)高

n 環(huan)境參(can)數變(bian)化(hua)自動(dong)修正技(ji)術,消除(chu)氣體(ti)環(huan)境參(can)數(溫度和壓力等）變(bian)化(hua)對(dui)測量(liang)的影響

n 數字通訊包(bao)括(kuo)RS485、CAN、或可選GPRS等(deng)

技術指標

智能(neng)化網絡(luo)

SLAS-100型激光(guang)過程(cheng)氣體分析系統, 集(ji)(ji)成多(duo)項數據通(tong)訊技術，用(yong)戶即(ji)可通(tong)過GPRS模塊與掌(zhang)上電(dian)腦等無(wu)線數據終(zhong)端進行無(wu)線通(tong)訊，也可以通(tong)過探頭內置(zhi)的RS485、CAN接口，通(tong)過選(xuan)配的信號傳輸(shu)單元或中央控制單元實現多(duo)探頭的集(ji)(ji)中管(guan)理(li)和(he)遠程(cheng)無(wu)線通(tong)訊功能，實現激光(guang)過程(cheng)氣體分析系統的多(duo)測點、多(duo)組份的網絡化管(guan)理(li)。

8. 激光現場在線(xian)氣體(ti)分析(xi)系統(tong)技術(shu)難點與創新(xin)

在(zai)國內，研發(fa)的(de)半導體激(ji)光在(zai)線分析系(xi)統(tong), 在(zai)技(ji)術(shu)上超越了(le)，還(huan)沒(mei)有第三家公司有實力去(qu)研發(fa)生產激(ji)光現(xian)場在(zai)線氣(qi)體分析系(xi)統(tong)。作為全球領先的(de)激(ji)光在(zai)線氣(qi)體分析系(xi)統(tong)的(de)開發(fa)和供應商，新澤儀(yi)器(qi)公司解決了(le)以下技(ji)術(shu)難(nan)點：

①微(wei)弱信號檢測(ce)技術和電(dian)磁兼容(rong)技術

為(wei)了(le)提高檢測(ce)(ce)靈敏(min)度，除了(le)降低(di)上面提到的光(guang)學Etalon噪音外，還要(yao)降低(di)各種(zhong)電(dian)磁(ci)干擾噪音。為(wei)此(ci)研發了(le)高性能的微弱信號檢測(ce)(ce)技(ji)術（低(di)噪音設計(ji)、采用鎖相(xiang)放大(da)技(ji)術）和電(dian)磁(ci)兼容技(ji)術（如良好接(jie)地、電(dian)纜(lan)線屏蔽(bi)等）。

②高性能半導體激光(guang)電流源技術(shu)

半導(dao)體(ti)激光器非常容易被浪涌(yong)電(dian)流(liu)(liu)和(he)高頻電(dian)磁(ci)(ci)輻射損壞，為(wei)此新(xin)澤儀器開發(fa)了用于各工業現場的(de)(de)低噪(zao)音半導(dao)體(ti)激光電(dian)流(liu)(liu)源(yuan)技術，在半導(dao)體(ti)激光電(dian)流(liu)(liu)源(yuan)電(dian)路中(zhong)設計大量(liang)保護電(dian)路模(mo)塊來抑制(zhi)各種原因產生的(de)(de)浪涌(yong)電(dian)流(liu)(liu)和(he)電(dian)磁(ci)(ci)輻射。同時(shi)，還通過降(jiang)低激光電(dian)流(liu)(liu)源(yuan)的(de)(de)噪(zao)音來降(jiang)低激光強度(du)(du)噪(zao)音，從而提高系統(tong)的(de)(de)檢測靈敏度(du)(du)。

③半導體激光(guang)吸(xi)收光(guang)譜技術

解決(jue)包括半(ban)導體(ti)激光(guang)(guang)波(bo)長鎖定(ding)技術（使激光(guang)(guang)頻率(lv)長時(shi)間穩(wen)定(ding)在吸收(shou)譜(pu)(pu)線(xian)頻率(lv)處）、高靈(ling)敏度的調制(zhi)光(guang)(guang)譜(pu)(pu)檢測技術、光(guang)(guang)學Etalon噪音有(you)效抑(yi)制(zhi)方法等(deng)，并建立和完善了重要工業氣體(ti)成(cheng)分的吸收(shou)光(guang)(guang)譜(pu)(pu)數據庫（吸收(shou)譜(pu)(pu)線(xian)位置、不同(tong)溫度下的壓力展寬、吸收(shou)譜(pu)(pu)線(xian)線(xian)強及其(qi)與溫度的關系等(deng)）等(deng)。

④吸收光(guang)譜(pu)信號分析算法

SLAS-100型激(ji)光(guang)在線氣(qi)(qi)體分析(xi)系(xi)統(tong)，實現了從測(ce)量(liang)獲得(de)的(de)調制(zhi)光(guang)譜(pu)信號中直接提取譜(pu)線展寬的(de)數字信號處(chu)理方法(fa)，從而可以準確修正氣(qi)(qi)體組分變化對(dui)氣(qi)(qi)體濃度(du)測(ce)量(liang)的(de)影響。很(hen)多(duo)時候(hou)，光(guang)學Etalon噪音(yin)(yin)或其他(ta)噪音(yin)(yin)的(de)頻(pin)(pin)率(lv)與信號頻(pin)(pin)率(lv)接近，而新澤儀器研發的(de)、適用于(yu)這(zhe)種情況下的(de)噪音(yin)(yin)抑制(zhi)算法(fa)，大大提高了惡(e)劣工況下激(ji)光(guang)在線氣(qi)(qi)體分析(xi)系(xi)統(tong)的(de)檢測(ce)靈敏度(du)和可靠性。

新澤儀器(qi)(qi)不(bu)僅掌握世界(jie)尖端科技——激光吸收光譜技術(shu)，可以解決和突破以上難點，而且與現(xian)有其他分析系統相比，新澤儀器(qi)(qi)研發生產的激光在(zai)線(xian)氣體分析系統還實現(xian)了以下技術(shu)創新：

I、在使用光(guang)譜技術(shu)測(ce)(ce)量氣(qi)體(ti)(ti)成(cheng)分(fen)時，如果氣(qi)體(ti)(ti)組成(cheng)、溫(wen)度和壓力發(fa)生(sheng)了變化，則(ze)氣(qi)體(ti)(ti)的(de)譜線(xian)展寬(kuan)就會相應變化，從而(er)影響測(ce)(ce)量的(de)準(zhun)(zhun)確性。國(guo)外同類產品都是通過測(ce)(ce)量氣(qi)體(ti)(ti)溫(wen)度、壓力，并且估(gu)計測(ce)(ce)量環(huan)境(jing)中的(de)氣(qi)體(ti)(ti)組成(cheng)來計算譜線(xian)展寬(kuan)，從而(er)對測(ce)(ce)量氣(qi)體(ti)(ti)成(cheng)分(fen)進行修正(zheng)。這種修正(zheng)策略的(de)難點在于(yu)無法準(zhun)(zhun)確估(gu)計測(ce)(ce)量環(huan)境(jing)中的(de)其他氣(qi)體(ti)(ti)組成(cheng)，從而(er)造成(cheng)測(ce)(ce)量誤差。對于(yu)此難點，新澤儀器(qi)在國(guo)際上(shang)率先實現了通過數(shu)字(zi)信號處理的(de)方法直接從檢(jian)測(ce)(ce)的(de)調制光(guang)譜信號中準(zhun)(zhun)確提(ti)取譜線(xian)展寬(kuan)，從而(er)避免了譜線(xian)展寬(kuan)變化導致的(de)測(ce)(ce)量誤差。

II、開發(fa)的(de)半導體(ti)激光(guang)在線氣(qi)(qi)(qi)體(ti)分析(xi)系(xi)統實現了(le)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)濃(nong)度(du)的(de)現場、連續測量，避(bi)免了(le)背(bei)景氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)交叉干擾，自動修正粉塵、視窗污染所帶來的(de)數據誤差(cha)。由(you)于采(cai)用非接觸式(shi)光(guang)學測量而適用于強腐蝕、高(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)壓(ya)、高(gao)(gao)粉塵的(de)惡劣環境，解決了(le)現有常用采(cai)樣方式(shi)“在線”分析(xi)系(xi)統的(de)弊(bi)病(bing)。該技術創(chuang)新點經(jing)鑒定為國內首創(chuang)、國際先(xian)進。

III、國際上現有同(tong)類(lei)產品一般都只有4～20mA電流、RS485、CAN等數據輸(shu)出(chu)方式(shi)，新澤(ze)儀器(qi)的(de)激光現場在(zai)線氣體(ti)分析系統(tong)除(chu)了以(yi)上方(fang)式外，還開發了可(ke)選配的(de)無(wu)(wu)線數據傳送模塊GPRS，使本產品具有無(wu)(wu)線網絡傳輸(shu)功能。該無(wu)(wu)線數據傳輸(shu)模塊可(ke)以(yi)實現：對儀器(qi)內嵌(qian)程(cheng)序版本實現無(wu)(wu)線遠(yuan)程(cheng)升級；分析信息、數據的(de)遠(yuan)程(cheng)傳輸(shu)；遠(yuan)程(cheng)收集系統(tong)工作狀態，實時(shi)設(she)置(zhi)儀器(qi)參(can)數等。

與(yu)國(guo)內外同(tong)類產品比(bi)較

與(yu)國內外同類產品相比，SLAS-100型系列激光在(zai)線分析系統在(zai)軟硬件方面(mian)也具有明顯優勢：

①SLAS-100型系列(lie)產品(pin)可選配GPRS無線數據傳(chuan)輸(shu)模(mo)(mo)塊(kuai)，通過(guo)該(gai)模(mo)(mo)塊(kuai)，新澤儀器可為用戶提供遠程程序升級、設置和(he)優化分析系統(tong)參數等服務。

②具有(you)自(zi)動(dong)譜線展(zhan)寬修正功能(neng)，分析氣(qi)體(ti)濃(nong)度(du)時(shi)不受被測氣(qi)體(ti)環(huan)境中氣(qi)體(ti)組成變化(hua)的影響，可應用(yong)于(yu)氣(qi)體(ti)組成有(you)較大變化(hua)的場合。

③國外引進關鍵技術和部件，國內(nei)進行研發(fa)并(bing)量身定制，充分(fen)考慮了國內(nei)用戶(hu)的(de)現(xian)場工況和供貨需求，為項目的(de)按期、順利實施也(ye)提供了有效(xiao)保(bao)障。

4其(qi)他比較(jiao)如下(xia)表：