1. 系统概要
本激光分析仪采用高温伴热抽取技术，对烟气中的待测气体进行连续在线监测,系统由取样及传输单元、预处理及控制单元、分析单元三部分构成，主要应用于众多工业领域气体排放监测和过程控制，例如:燃煤发电厂、铝厂、钢铁厂、冶炼厂、垃圾发电站、水泥厂和化工厂、玻璃厂等。
分析仪采用TDLAS技术(可调谐半导体激光光谱吸收技术Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)，为目前国际主流的气体测量方法之一，该仪表具有灵敏度高、响应速度快、不受背景气体干扰、非接触式测量等特点，为实时准确地反映待测气体变化提供了可靠保证。
1.2主要技术指标
工作条件 | 电源 | 220VAC，<3kW |
吹扫气体 | （0.4~0.6）MPa压缩空气 |
环境温度 | -20℃~55℃ |
性能指标 | 光通道长度 | 760mm |
量程范围 | 0～20 (PPM或mg/m3)(量程可调) |
T90响应时间 | <15秒 |
测量精度 | ≤ ±2% FS |
重复性 | ≤ ±2% FS |
漂移 | ≤ ±2% FS |
分辨率 | 1%FS |
防护等级 | IP65 |
功能参数 | 预热时间 | 120min |
数字输出 | RS485 |
模拟量输出 | 4-20mA最大负载500 |
开关量输出 | 负载能力:AC/DC 24V/lA； 反吹信号、仪表风压力低、温度异常报警等(可定制) |
其它参数 | 样气温度 | <600℃ |
样气压力 | 大气压±5KPA |
采样流量 | 2-3L/min |
环境温度 | -10~55℃ |
环境压力 | 70~120KPA |
外形尺寸 | (1050H×800L×300W)mm |
重量 | 120KG |
1.3 系统组件
序号 | 名称 | 型号和规格 | 数量 | 单位 |
1 | 预处理机柜 | 预处理及控制装置 | 1 | 套 |
1.1 | 分析机柜 | (1145L×860H×325W)mm | 1 | 台 |
1.2 | 电磁阀 | DC24V，常闭 | 2 | 个 |
1.3 | 射流泵 | 8L/min | 1 | 个 |
1.4 | 高温精密过滤器 | 0.2um，304不锈钢 | 1 | 套 |
1.5 | 控制电路 | 包括自动采样、反吹、温控 | 1 | 套 |
1.6 | 高温截止阀 | BTB-DN10，气动阀 | 1 | 个 |
2 | 分析仪 | BC-300L | 1 | 台 |
3 | 加热型（带反吹）取样探头 | SP223 | 1 | 套 |
4 | 采样伴热管线 | 60w/m | 5 | 米 |
5 | 备品备件 | 见备品备件清单 | 1 | 套 |
2. 系统详述
2.1 取样探头
ND-C980型取样探头用于本系统的样气采样，具有滤尘和伴热的功能，可以有效的防止采集的样气的冷凝，独特的结构设计使采样系统更加可靠，样气丢失率更小，保证分析系统的稳定和真实。
2.1.1产品特点
该装置与样品接触的部分全部采用316L不锈钢材料加工制成，高温条件下抗腐能力很强。配制防雨罩完全可以胜任室外工作环境。
n 在设计上采用等温加热体，结构紧凑，加热温度稳定。
n 过滤器滤芯采用钛合金烧结过滤器，具有过滤面积大，过滤精度高等特点，更换时可将其从装置中整体拉出，操作简单，无需工具，大大地缩短维护更换的时间，并降低了劳动强度。
n 该装置除设有一样气输出口外，还设置有一个可复用的反吹／校准口，在配置时可灵活安排气路。
n 操作简单,带有低温报警.
n 滤芯更换无需工具。
n 开关方便，带扣锁保护罩
n 高效过滤清洁系统
2.1.2技术参数
n 最高采样温度：600℃
n 最大工作压力：5bar
n 采样腔加热温度: 200℃（出厂设定，温度可调）
n 电源：220VAC 50/60Hz 400W
n 环境温度：－20~80℃
n 最大粉尘浓度：100g/m3
n 滤芯过滤精度：2μm（其它精度可选，1-10μm）
n 滤芯尺寸：150*35mm
n 反吹气接口：OD8/6卡套式接头。
n 采样气出口：OD8/6卡套式接头
n 含采样探杆：￠25×1200mm/长度可选
n 安装附件:安装法兰盘\对装法兰盘\安装螺栓\法兰盘密封平垫
系统流程图
上图为典型的逃逸氨在线监测系统的示例，仅供参考。根据现场不同的使用要求，系统的构成也不尽相同。
2.2.1 工作流程
如系统流程图所示，样气经采样探头，由采样伴热管输送至预处理单元，预处理单元包括常闭型高温阀SV1，精密过滤器、射流泵等，其中SV1阀用于在停止采样时切断气路，精密过滤器用于进一步净化样气，去除样气中的粉尘等，射流泵则用于提供样气传输时的动力，系统由PLC控制实际自动周期采样及吹扫。所有样气流经元件及管路均置于恒温加热盒中，防止管路被结晶物堵塞，减少样气损失。
2.2.2 技术参数
n 机柜：1050H×800L×300Wmm，防护等级IP65；
n 材质：采用2mm钢板静电喷涂；
n 控制系统：采用PLC控制，实现自动采样、吹扫、故障报警等；
n 射流泵：使用0.2-0.6MPa压缩气源经预加热后进入射流泵产生采样动力，采样流量最大8L/min，316L材质，防腐蚀，无机械部件，保障长时间稳定运行，；
n 除尘：经过采样探头除尘的气体再经过一级0.2um级过滤器再到气体分析仪，确保分析仪的长期稳定运行；
n 加热：所有样气流经元件及管路均置于恒温加热盒中,加热控制温度190℃;
n 系统供电:AC220V,2000W。
分析单元结构图
2.3.1测量原理
激光气体分析仪的测量原理是可调谐半导体激光光谱吸收技术Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)，TDLAS最早于20世纪70年代提出。初期的TDLAS技术只是一种实验室研究用技术，随着半导体激光技术在20世纪80年代的迅速发展，特别是20世纪90年代以来，基于TDLAS技术的现场在线分析仪表已逐渐发展成熟，能够在各种高温、高粉尘、高腐蚀等恶劣的环境下进行现场在线的气体浓度测量。
2.3.2 优点
1 .不受背景气体的影响
传统非色散红外光谱吸收技术采用的光源谱带很宽，其谱宽范围内除了被测气体的吸收谱线外，还有很多基他背景气体的吸收谱线。因此，光源发出的光除了被待测气体的多条谱线吸收外还被一些背景气体的吸收，从而导致测量的不准确性。而半导体激光吸收光谱技术中使用的半导体激光的谱宽小于0.001nm，远小于被测气体一条吸收谱线的谱宽。如图2-1所示的“单线吸收光谱”数据。 同时在选择该吸收谱线时，就保证在所选吸收谱线频率附近约10倍谱线宽度范围内无测量环境中背景气体组分的吸收谱线，从而避免这些背景气体组分对被测气体的交叉吸收干扰，保证测量的准确性。
激光气体分析仪通过调制激光器的频率使之周期性地扫描被测气体的吸收谱线，激光频率的扫描范围被设置为大于被测气体吸收谱线的宽度，从而在一次扫描中包含有不被气体吸收谱线衰减的图2-1中的黄绿区（1区）和被气体吸收谱线衰减的红色区（2区）。从1区得到的测量信号包含粉尘和视窗污染的透过率，从2区得到的测量信号除包含粉尘和视窗污染的透过率还包含被气体吸收的光强衰减。因此，通过在一个激光频率扫描周期内对1区和2区的同时测量可以准确获得被气体吸收衰减掉的透光率，从而不受粉尘及视窗污染产生光强衰减对气体测量浓度的影响。
3 自动修正温度、压力对测量的影响
气体温度和压力的变化会导致二次谐波信号波形的幅值与形状发生相应的变化，从而影响测量的准确性。为了解决这个问题，激光气体分析仪中增加了温度、压力补偿算法，只要将外部传感器测得的气体温度，压力信号输入补偿算法中，分析仪就能自动修正温度、压力变化对气体浓度测量的影响，保证了测量的准确性。而系统气体测量池温度持续恒温在190℃，因此温度影响可消除，仅需将气体测量池压力信号检测输入分析仪即可。
2.3.3技术指标
1 .测量参数
参数 | 单位 | 数值/范围 |
测量气体 | —— | HF/NH3/HCL |
测量原理 | —— | TDLAS |
量程范围 | Mg/m3 | 0-10 (PPM或mg/m3)(量程可调) |
测量精度 |
| ±2%FS |
重复性 |
| ±2%FS |
分辨率 |
| 1%FS |
T90时间 | S | 15 |
刷新频率 | S | 2 |
环境温度 | ℃ | -20-55 |
气室加热温度 | ℃ | 190 |
样气最大湿度 | %.abs | 40 |
样气流量范围 | L/min | 2-4 |
样气输入温度 | ℃ | 190 |
2. 结构参数
参数 | 单位 | 数值/范围 |
气室长度 | mm | 760 |
气室容积 | L | 0.6 |
样气接口 | mm | Ø6卡套 |
最大外形尺寸 | mm | 1400 |
重量 | kg | 15 |
3. 电气参数
参数 | 单位 | 数值/范围 |
供电电压 | V | AC220,50Hz |
功率 | W | <2000 |
输出接口 | mA | 4-20 |
3.1 系统安装总图
3.2 取样探头安装
3.2.1焊接对装法兰
在工艺管道上开孔，开孔尺寸78mm，将预装法兰套件焊接在工艺管道上，安装方式如下图所示：
对装法兰安装图
3.2.2固定采样探头
安装法兰的固定孔与对装法兰相对应。将采样器的安装法兰通过螺栓固定在对装法兰上，如下图。固定时须注意检查安装法兰与对装法兰密封面相对应，同时在安装法兰和对装法兰之间必须有密封垫圈，防止采样器出现泄漏影响烟气分析的真实值。
采样探头安装图
1/2/3/7-M16螺栓套件；4-对装法兰；5-法兰盘密封平垫；6-探头箱；8-探头箱安装法兰
机柜安装尺寸图
机柜应尽可能安装于少振动，无强电磁干扰,环境温度无剧烈变化的地点。
名称 | 起点 | 终点 | 规格 | 备注 |
采样伴热管 | 取样探头 | 机柜加热盒 | Ø8 | AC220V,功率50W/m |
射流泵压缩气源 | 用户压缩气源接点 | 机柜右侧调压阀入口 | Ø8 | 压缩空气，压力0.4-0.6MPa |
探头反吹压缩气源 | 用户压缩气源接点 | 探头反吹口 | Ø8 | 压缩空气，压力0.4-0.6MPa |
尾排管 | 分析机柜 | 室外 | Ø6 | 引至室外大气中排放 |
| l 气路连接应该严格按照说明书的指示执行。必须保证管线的完整性，避免因管线破裂而造成气体泄露。泄露的气体中含有毒、爆炸性气体时，可能造成严重事故。 l 分析系统的进气压力必须保证在仪器规定范围，避免因压力过大造成管路脱落或漏气。 l 排气时，请将排气管连接到室外安全大气环境中，不可使其弥散在采样装置或者室内。 |
| l 分析系统的采样气路应该根据样气的具体情况，做好预处理，否则会造成设备不正常工作。(预处理方案请参照后续仪器安装的章节) l 请不要使用粘有油脂类的管子、减压阀等采样器件。有油脂类吸附时，可能会堵塞气路或引起火灾。分析系统安装过程中，注意要避免粉尘、水进入仪器内部，否则可能造成设备工作不正常。 |
电路安装所需电缆信息见下表,具体接线请参照电气接线图纸。
名称 | 型号 | 根数 | 长度 | 备注 |
探头电源线 | KVV-3×1.5 mm2 | 1 | 从探头箱到分析系统机柜 | 探头加热用，标配约8米，随货到 |
探头信号线 | RVVP-4×1 mm2 | 1 | 从探头箱到分析系统机柜 | 探头温度信号及反吹用，标配约8米，随货到 |
分析柜电源线 | KVVR-3×2.5 mm2 | 1 | 从用户电源到分析系统机柜 | 工作电源：AC 220V±10％，容量：3kVA；现场自备 |
模拟信号线 | KVVP- 2×1.0mm2 | 1 | 从分析柜到用户控制室(或用户要求到达的地方) | 4-20mA,用于分析成分数据输出 |
通讯信号线 | KVVP- 2×1.0mm2 | 1 | 从分析柜到仪表室(工控机) | 485通讯,用于采集仪表测量数据及状态（根据要求配备或现场自备） |
| l 在进行布线、接线施工过程中，请务必切断电源，否则可能造成触电事故。 l 请务必将分析系统上的接地柱按规定进行接地施工，否则可能造成触电事故或者仪器异常。 l 电路连接线必须按照分析系统额定值选用合适的材料，否则可能造成线路烧毁引起火灾。 l 请使用符合分析系统额定规格的电源，否则可能造成火灾或设备不正常工作。 l 若需要安装串口数据传输线，请首先断开分析系统与PC机的电源。 l 安装时应仔细检查连接电源的线缆绝缘保护未被损害，否则可能造成触电事故。 |
4. 系统操作
上电前应做好以下检查:
n 外观检查：确认分析柜内部件齐全，无损伤
n 电气连接检查：对照接线图检查接线是否正确可靠
n 电源检查：用万用表确认电源电压为AC220V
n 管线连接检查：确认所有管线均正确敷设，并已与系统对应接口正确连接，包括：采样管线、尾气排放管线、压缩气管线等。
n 以上信息确认无误后，空开从左向右，依次上电，观察设备是否正常通电，空开的控制对象分别为:ZK1-系统总电源；ZK2-加热电源；ZK3-24V设备电源；
系统预热120分钟，观察机柜内温控器的显示温度(系统加热温度默认均为为190℃),温度稳定时，系统即可进入实时监测状态。若要求设备达到最佳测量
状态，建议预热3小时以上。
确认所有阀门处于正确位置，确认压缩气源压力正常，按下柜内启动按钮，系统即可投入自动运行。系统包括三种工作状态:
n 采样状态：在此状态下，射流泵、采样截止阀开启，样气由采样探头经伴热管进入系统，仪表实时反映当前浓度；
n 反吹状态: 系统每采样2小时执行一次探头吹扫操作，此时，射流泵、采样截止阀关闭，探头箱反吹阀开启，压缩气进入探头对滤芯进行吹扫。也可在停止状态时，按反吹按钮执行反吹操作；
n 报警状态:当系统有以下情况时，将停止系统正常工作流程，发出报警信号，报警信号灯亮，包括伴热管温度低、加热箱温度低、压缩气源压力低。
再次按下启动按钮时，启动按钮弹起，系统可停止。
*软件界面与功能会不断改进，以便提升便利性和可靠性，不作另行通知。如有疑问请及时咨询售后服务人员。
4.3.1 接通电源，仪器进入预热状态，显示屏显示启动界面。预热结束后仪器进入测量状态，屏幕显示如下：
第一项为气体浓度，第二项为光透过率。指示灯为仪表状态显示，当仪表发生警告、故障或浓度超过上限、下限报警值时指示灯会变成红色，此时点击指示灯显示警告或故障代码。
4.3.2 主菜单操作说明
点击菜单时进入仪器主菜单：
4.3.3用户设置
主要设置时间及液晶背光。注意设置时间时需要设置到秒。
4.3.4参数设置
主要设置测量时的气体温度及压力，仪器高值报警值及低值报警值，仪器内部参数的备份及恢复备份等功能，进入此菜单需要输入密码209。
4.3.5 技术服务
此界面为我公司服务人员界面，用于内部调试用，包括：激光器温度设置，光程设置，反应时间设置，4－20mA输出设置等。现场使用不需设置，否则会导致仪表损坏或测量异常。
4.3.6 标定
激光气体分析仪在出厂前均经过准确标定，初次使用时无需标定。但随着仪器内部元器件的老化，系统参数将会发生缓慢漂移，影响测量的准确性，因此需要对仪器进行标定。（注意：仪器的准确性与标定的准确性密切相关，用户在标定前需认真考虑是否有必要进行标定，进入标定菜单需要输入密码209）
| l 标定操作前建议设备预热3小时，并处于热稳定状态。 l 标定使用的标准气体应具备国家二级以上标准物质证书。 l 标定使用的气瓶、气阀和管路应使用防腐防吸附的材料。 l 标定时气体流量应稳定控制在2L/Min，或与实际采样流量接近，并保持流量稳定。 l 标定操作前应仔细阅读本手册相关章节，以确保操作正确。 l 若存在任何疑问请及时联系厂家技术服务部门，以获得相应的技术支持服务。 |
标定界面主要有仪表标零及仪表标定。当仪器以2L/min流量通入氮气或洁净空气并持续3分钟后可进行标零，标零时点击“进入标零”后进入标零界面，
点击“开始标零”，仪器会进入标零状态。
标零完成后点击返回，仪表会返回标定界面。
当仪表进行量程标定时，先以2L/min的流量通入标气并持续5分钟后，设置标定气体温度、气体压力以及标气浓度后，点击“开始标定”，仪器会进入标定状态。标定完成后点击返回，仪表会进入标定界面。
4.3.7实时曲线
点击首界面的“实时曲线”，会显示浓度趋势图，趋势图横坐标为时间，纵坐标为量程，100%代表满量程，50%代表量程的一半。
序号 | 工作内容 | 方法 | 故障处理办法 |
1 | 检查气路及流量 | 在采样状态下，可将标定阀置于ON位置，观察标定流量计指示值，如低于0.5L/min时，表明系统堵塞或漏气 | 检查射流泵压缩气源压力是否低于0.1MPa，可适当加大压缩气源压力； 检查系统各接点是否有漏气破裂情况； 检查射流泵是否自身已被堵塞。 |
2 | 检查系统温度是否正常 | 观察系统柜内3个温度显示器的示值，是否与设定值接近； 观察探头箱加热温度是否与设定温度接近 | 当示值与设定值相差较大时，应仔细检查对应加热线路，找到故障点排除。 |
仪表维护主要包括仪表标定和镜片清洗，由于本仪表采用稳定的激光光源，仪表长期稳定性较好，所以一般出厂标定后，在现场可不需再次标定，仅当对测量有疑问时可执行此操作。
镜片清洗工作是本仪器在现场使用过程中需要进行的主要维护工作，当光强降到10%以下时，即应进行此操作，正常情况下，操作周期在3个月左右。镜片清洗时需停止仪表工作，用M4内六角扳手将玻片拆卸下来，拆卸时尽量不要拆卸L板，否则会带来调光困难。玻片清洗时用干净纸巾揩清水轻轻擦拭即可，取下镜框时应戴手套，以免高温烫伤。清洗完毕后，将玻片安装时，确保密封圈在槽内防止安装不当漏气。安装玻片时注意玻片方向。
1- M4内六角螺丝；2-窗口片；3-密封圈
镜片装配图
