当前位置: 中国丹阳网 >  探索发现 >  TDLAS技术在工业在线气体分析应用中的优势何在? > 正文

TDLAS技术在工业在线气体分析应用中的优势何在?

中国丹阳网-探索发现 来源:仪控工程网 时间:17-08-03 506条评论

随着国家对于环保重视程度的提高以及流程工业的发展,众多流程工业企业对气体分析仪器设备要求不断提高,以往的旧产品已逐渐不能满足复杂工况下大跨度浓度范围的气体检测要求。

正是在这种背景下,TDLAS检测技术逐渐成为气体分析应用重要趋势。

TDLAS的中文全称为半导体激光调制(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)

自然界中,大多数气体都会吸收特定波长的光,当一束白光(包含所有波长成分)穿过气体后,输出光将减弱或缺失这些波长成分。在光谱学上,通过气体的吸收谱线的构成,可以分辨物质的组分。根据光化学第三定律/朗伯比尔定律,气体吸收激光的强度与其浓度成正比,因此我们可以通过分析某种气体某一吸收谱线对该波长光的吸收程度,计算该气体的浓度。

TDLAS技术也是一种吸收光谱技术,它利用 Beer-Lambert关系来定量分析激光能量被被测气体选择吸收产生的衰减来获得气体的浓度。传统的红外气体分析仪是靠滤波片进行波长选择,所选频段往往覆盖了多条吸收谱线,所以存在交叉气体干扰的缺点。我们都知道,激光光源可以做到窄线宽,光谱宽度(小于 0.1nm)远小于气体吸收谱线的展宽,每种波长对应于特定的气体吸收谱线,因此可以非常精确的区分不同气体成分。因此,TDLAS技术具有传统红外光谱分析技术无法实现的一些性能优点。

TDLAS气体分析仪是如何工作的?

以国产航天易联的TDLAS设备为例,一套设备中通常包括DFB激光器和激光探测器、控制器、解调系统等。DFB( Distributed Feedback Laser)激光器,即分布式反馈激光器,其不同之处是内置了布拉格光栅(Bragg Grating),具有非常好的单色性(即光谱纯度),线宽普遍可以做到1MHz以内,以及具有非常高的边模抑制比。激光器控制器能够通过温度与电压变化控制激光器相关参数来达到出射波长可调的目的,探测器为光电二极管,能够将收集到的携带气体浓度信息的光信号转化为电信号,进而通过信号处理系统计算出气体浓度。

TDLAS技术在工业在线气体分析应用中的优势何在?

TDLAS技术在工业在线气体分析应用中的优势何在?

TDLAS的技术特点

与传统的色谱分析仪、红外光谱气体分析仪、电化学分析仪、顺磁氧分析仪等传统在线分析仪器相比,TDLAS技术具有以下优势(表格点击可放大):

TDLAS技术在工业在线气体分析应用中的优势何在?

TDLAS的应用举例

随着光通信产业的迅速发展,促进了半导体激光技术的不断革新,价格低廉、单模特性且适宜常温工作的近红外半导体激光器的产生,使得越来越多的TDLAS激光分析仪表应用到工业过程分析行业。

我们下面就用煤化工工业过程气体分析来举例:

煤粉气化反应是在高温、高压下发生,且为气液固三相混合环境,合成气组分的及时、准确测量是煤气化装置稳定运行的关键因素。

传统的气体分析技术方案中常选用红外气体分析仪(CGA)、色谱分析仪(GC)及热导分析仪的组合。

而CGA只能依靠滤光片进行波长选择,以消除或降低干扰组分或背景吸收的影响,但实际到达测量气室的红外光束的波长范围往往较宽,这种情况下有较近吸收谱的气体就会干扰需要测量的气体,导致无法直接准确的测量工艺所需要的组分。而且CGA因漂移等因素的影响需要定期的校准,导致较高的维护与运行成本,也存在重复投资的情况。

而GC分析周期较长,对混合气体的全部测定,往往需要约10分钟左右的时间才能完成。同时,因为色谱柱系统的不断老化等各种原因,GC的分析周期会在运行一段时间后更长。

为解决上述传统技术方案存在的问题,可以采用TDLAS技术+热导(H2)的方案。既保证了对CO2、CH4、CO、H2、H2S、COS等气体的准确测量,也解决了分析周期太长的问题。

TDLAS技术在工业在线气体分析应用中的优势何在?

标签:

返回中国丹阳网首页

(责任编辑:网络小编)

猜您喜欢