科学家通过使用已知波长激光扫描待测气体吸收光谱区域来确定气体浓度

时间:2023-07-21 09:20来源:激光网作者:wuping 点击:
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摘要:

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可持续性不仅仅涉及监测和报告排放。了解和控制流程的每个步骤对于长期维护和支持至关重要。

  一般来说,流程可以分为 3 个通用类别。优化、删除和验证。虽然不是直接的,但正确解决每一个问题都可以提高盈利能力和可持续性。

  优化侧重于前者,提高了产品质量,同时减少了资源消耗。可以理解的是,这是组织的首要任务,因为利润率会受到直接影响,然而,一个经常被忽视的次要影响是污染物的产生被最小化。

  考虑到燃烧是为运行提供热量和电力的最重要的工业过程之一,工厂运营商的主要目标是燃油效率和安全运行。优化该过程不仅增加了这些因素,而且大大减少了COx和NOx等污染物的产生。

  基于可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 的气体分析仪已用于许多工业过程控制和排放监测应用,但持续使用 TDLAS 进行燃烧分析始终是一个挑战。平衡操作员的需求,需要以高灵敏度测量 ppm 范围内的一氧化碳 (CO),同时必须准确监控百分比水平的 CO 水平。为了更好地理解这一挑战,我们详细介绍了 TDLAS 技术。

  通过使用已知波长的激光扫描待测气体吸收光的光谱区域来确定气体浓度。激光穿过气体柱射向光电探测器,在光电探测器中对激光器发出的光进行处理和监控。气体浓度通过吸收光和已知工艺参数(例如光程长度、温度和压力)的函数来计算。由于气体的光吸收能力与浓度成正比,光电探测器接收到的光越少,目标气体的浓度就越高。

  在 TDLAS 中,激光的波长在狭窄的光谱区域内进行扫描,感兴趣的气体会吸收光,见图 2a。当激光穿过气体传播时,一小部分将被吸收,这会导致传输下降,可以通过在光电探测器上收集激光并监测其响应来量化传输下降。顾名思义,激光吸收光谱测量气体的特征吸收剖面(或透射剖面),根据测量条件(光程长度、温度、压力等)可以计算出浓度。

  考虑到上述光谱区域,所有气体在不同波长下都具有吸收线。实施 TDLAS 时,选择不与工艺流中可能存在的气体共享的吸收管线至关重要。扫描 CO 时,有几个可用的吸收区域可供选择,但每个吸收区域都有自己的限制特性。

  Peter Geiser 博士等人在 2019 年写道:“虽然 1.5 μm 左右的谱带太弱,无法达到所需的灵敏度,但 4.6 μm 左右的谱带太强,因此限制了测量范围的上限。这就留下了 2.3 μm 波段,其中不仅甲烷 (CH4) 具有强吸收带,而且一些水蒸气 (H2O) 吸收线在高温下也非常强。”

  为了应对这一挑战,NEO Monitors 开发了一款单一燃烧分析仪,将新的信号处理技术与两个激光器结合在一个紧凑的单元中。单个激光器负责测量 O2 和温度,附加激光器负责测量剩余工艺流成分 CH4、CO 和 CO2。

  此外,在高动态范围内监测 CO 水平的能力也使得通用 TDLAS 的固有优势也能够在燃烧器应用中得到充分利用。

  与提取采样相比,“原位”跨烟囱测量更能准确地表示整个燃烧区域,而快速响应时间对于检测高度动态燃烧过程中的快速浓度变化至关重要。

  与替代技术不同的是,TDLAS 技术可以在不存在其他气体的情况下继续测量目标气体,提供有关安全/不安全操作的关键反馈,同时确保最佳的空燃比控制。

  NEO Monitors 的 LaserGas™ iQ2 可为整个燃烧过程提供经济高效且可靠的精细控制,有助于减少不必要的排放,最重要的是提供一个能够在未来良好运行的更安全的环境。

  RTS Africa 是经批准的 NEO 监视器撒哈拉以南地区经销商和服务代理商。

【激光网激光门户网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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