LGA-4000激光气体分析仪
浅谈燃烧式热值仪与激光式热值仪在天铁集团动力厂50兆瓦级燃气蒸
浅谈燃烧式热值仪与激光式热值仪在天铁集团动力厂50兆瓦级燃气蒸汽联合循环发电站的应用丁宇（天津天铁冶金集团有限公司动力厂，河北涉县056404）[摘要]分别从结构形式、测量原理两个方面介绍了燃烧式热值仪与激光式热值仪的特点、在应用过程中出现的问题与解决方法，同时分析了两种热值仪的优缺点。
这两种热值仪配合使用可以提高煤气热值控制的精确度，从而提高了燃气轮机运行的稳定性，减少因煤气热值波动大而造成机组停机的次数，避免了能源浪费。
[关键词]热值仪；精确度；稳定性；激光；高炉煤气；燃气轮机Application of burning calorific value instrument and laser calorific value instrument in50MW gas-steam combined cycle power station of Tiantie Group Power PlantDING Yu（Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co.,Ltd.Power Plant,HEBEI056404）Abstract The characteristics of combustion calorific value instrument and laser calorific value instrument are introduced from two aspects of structure form and measuring principle,and the problems and solutions in the application process are introduced,and the advantages and disadvantages of the two kinds of calorific value meters are analyzed at the same time.The combined use of these two kinds of calorific value meters can improve the accuracy of gas calorific value control,thus improving the stability of gas turbine operation,reducing the number of shutdown caused by large fluctuation of gas calorific value,and avoiding energy waste.Key words calorific value meter,accuracy,stability,laser,blast furnace gas,gas turbineDOI:10.3969/j.issn.1006-110X.2019.03.0100引言天铁集团动力厂50MW级燃气蒸汽联合循环发电站（简称CCPP）的主要工艺流程为：三菱M251S 重型燃气轮机利用高炉煤气燃烧产生高温高压的烟气推动透平做功，带动燃机轮发电机发电。
激光气体分析仪LGA
激光气体分析仪LGA-4100,测量CO/CO2（主要测量O2），介质成份为干熄焦循环氮气，温度小于150度，厂家为聚光（杭州）科技有限公司。
直接签价格约在32万，走中间商价格约在37-40万气体成份，干熄焦循环氮气，循环氮气温度130-170度,氮气安装位置4100mm，测量CO:0-10%,CO2:0-20%，24VDC供电，输出信号4-20mA，带反吹装置及安装配件。
混合煤气热值仪(取消该设备)型号SMART2008(德国UNION)，配安装调试所用附件。
(1）混合煤气成份：CO2:17.7%; O2:0.6%; CO:23.1%; N2:56.8%; H2:1.8%; 重度：～1.36Kg/Nm3;(2)温度：15～50℃；压力：4～8kpa;混合煤气热值测量范围：3115.09kcal/ Nm3(3)其它技术要求：在线连续测量、现场显示热值、华白指数、比重三种技术参数；灭火、热值偏高或偏低、助燃空气不足状态下自动连锁切断煤气电磁阀保护功能；全智能维护软件包（任何故障可自诊断、显示且报警输出）；全智能自动操作软件包（一触即进入自动点火测量或自动标定状态）；安装简单，不用外加空气气源；中文汉字操作系统；输出：4-20mA DC;带LCD 显示；精度：0.8%；重复性：0.5%；CPU 响应时间3S；内置风机、比重单元、工业控制机及不少于1000件历史事件记录仪；配带热值仪机柜，带全套样气预处理系统，包括：取样单元，切换控制球阀、标定系统、水冼罐、电冷井、防凝装置、过滤器、转子流量计、切换阀、钢瓶压力调节阀等。
煤气热值仪为防爆型。
（4）配带双冗余燃气预处理装置1 套，型号UTS-PURY-NW/400W。
（5）配带8L 带减压阀的标气钢瓶，1 瓶。
（6）煤气热值仪的爆炸危险工作区域为二区。
LGA-4000激光气体分析仪
二、LGA-4000激光气体分析仪(一)、简介1、概要LGA-4000激光气体分析仪能够在各种高温、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、测量原理LGA-4000激光气体分析仪是基于半导体激光吸收光谱（DLAS）气体分析测量技术的革新，能有效解决传统的气体分析技术中存在的诸多问题。
半导体激光吸收光谱（DLAS）技术利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度。
由半导体激光器发射出特定波长的激光束（仅能被被测气体吸收），穿过被测气体时，激光强度的衰减与被测气体的浓度成一定的函数关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。
3、系统组成LGA-4000激光气体分析仪由激光发射、光电传感和分析模块等构成，如图 1.2所示。
由激光发射模块发出的激光束穿过被测烟道（或管道）,被安装在直径相对方向上的光电传感模块中的探测器接收，分析控制模块对获得的测量信号进行数据采集和分析，得到被测气体浓度。
在扫描激光波长时，由光电传感模块探测到的激光透过率将发生变化，且此变化仅仅是来自于激光器与光电传感模块之间光通道内被测气体分子对激光强度的衰减。
光强度的衰减与探测光程之间的被测气体含量成正比。
因此，通过测量激光强度衰减可以分析获得被测气体的浓度。
图4、●●●●5L激光发射光电传感控制模块及控制环境温度-30℃—60℃安装安装方式原位安装或旁路安装表1.1 LGA-4000激光气体分析仪规格和技术参数表种类测量下限测量范围种类测量下限测量范围O20.01%Vol. 0-1%V ol., 0-100%V ol. CO 40 ppm 0-8000ppm,0-100%V ol. CO220 ppm 0-2000ppm,0-100%V ol. H2O 0.03 ppm 0-3 ppm, 0-70%Vol.H2S 2 ppm 0-200 ppm, 0-30%V ol. HF 0.01 ppm 0-1 ppm, 0-10000 ppm HCL 0.01 ppm 0-7 ppm, 0-8000 ppm HCN 0.2 ppm 0-20 ppm，0-1%V ol. NH30.1 ppm 0-10 ppm, 0-1%V ol. CH410 ppm 0-200ppm, 0-10%V ol. C2H20.1 ppm 0-10 ppm, 0-70%V ol. C2H4 1.0 ppm 0-100ppm, 0-70%V ol.表1.2 LGA-4000激光气体分析仪常规气体测量种类及指标6、运行和维护LGA-4000系列气体分析系统内置了高性能微处理器，自动化程度非常高，操作简单易学。
1.CEMS系列产品知识
CEMS应用行业 应用行业
火力发电厂、工业窑炉 锅炉 化学工业、钢铁烧结/炼钢厂 锅炉、 炼钢厂、 火力发电厂、工业窑炉/锅炉、化学工业、钢铁烧结 炼钢厂、水泥工 垃圾焚化厂、 业、垃圾焚化厂、石油工业
5
名词解释
系统四个子系统
气态污染物监测子系统 烟尘（颗粒物） 烟尘（颗粒物）监测子系统 烟气参数监测子系统 数据采集与处理子系统
两种方法存在的问题
CEMS-2000s与采样冷凝法、原位法比较 与采样冷凝法、
针对A： 采用高温紫外过程分光光谱测量技术（热湿法），显著简化采样预处理，减少运动部件， 可靠性高 自主开发核心仪表，采用光栅分光全固化设计，无运动部件 采样探头内置独有的高可靠性多层直列叠孔过滤器，免维护周期长 测量室外置，拆卸和清洗方便 针对B： 采用热湿法，避免SO2 被冷凝水吸收，提高测量精度 支持自动调零、自动标定 针对C： 采用激光在位式测量技术，直接测量NH3、HCL、HF等气体
OMA-2000机架式 机架式
技术指标
OMA-2000采用多通道光谱分析技术（OMA）和差分光学吸收光谱算法 （DOAS），可以同时测量多种气体的浓度。目前针对于CEMS应用，对固定 污染源的气态污染物浓度进行连续监测，可以测量SO2、NO、NO2、HCl、 NH3和O2等气体的浓度。
34
技术对比
是一款迄今国内外 最简洁的采样式 烟气连续监测系统！ 烟气连续监测系统！
用射流泵替代了传统的机械式运动泵 射流泵替代了传统的机械式运动泵
射流泵原理
P压力 +
1 2 VS = 常数 2
性能指标： 性能指标：
采样流量： 采样流量：4L/min（其它流量可定制） （其它流量可定制） 耗气量： 耗气量：6L/min 真空度： 真空度：50kpa
LGA-4100产品安装调试及日常维护精品文档
开车投用
验收
焊接调节 连接单元
平台； 吹扫气源；
线缆；桥架； 电源；标气
工艺正常
安装流程图
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安装地点选择
为了保证气流在安装处管道内的均匀性,安装位置需选在一 段直管道上,在测量点前的直管道长度至少为管道直径的2 倍（最好5倍）以上,在测量点后的直管道长度至少为管道 直径的0.5倍(最好2倍)以上。
安装吹扫装置
兰抬和焊接法兰保持同轴,然后依次按对角顺序逐步紧定四 对M16螺栓； 紧定后，两法兰面之间的保留约为3mm空隙，不可全部紧 死，需留有光路调节的余量。
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图1.5分体式法兰连接示意图
分体式法兰连接示意图
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焊接法兰的焊接
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安装仪器法兰
注意事项： 注意仪器法兰上的单向阀安装孔朝下； 两片法兰间需加装O形圈。螺栓必须上弹垫和平垫； 因螺栓与螺母间存在空隙，在紧固螺丝前需尽量使仪器法
焊接法兰的焊接要求
LGA-4100系列分析系统的发射和接收单元分别安装在被 测管道（烟道）上的两个焊接法兰上。
发射和接收单元分别设计有光路调整机构，允许上述两法 兰的同轴度有一定的偏差， 但应保证两法兰轴心线之间的 角度不大于4o的误差。两焊接法兰一般应焊接在被测管道 （烟道）上直径相对的水平位置。
【企业】LGA-4100常见故障排查
更换发射单元。更换后，仪表运行正 常。
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透过率为零
问题名称 仪表型号名称 工艺点 问题或现象描述 排查步骤
仪表透过率为零。 LGA4000
仪表透过率为零。 l 拆下发射端发现发射端玻片有积水现象，并且一
体化内棒有积水现象（2007年11月2日投用）， 处理后O2透过率30%，CO透过率70%，但还会 出现下降的趋势。 l 仪器在标定管上透光率正常。
LGA-4100常见故障排查
聚光科技（杭州）有限公司 2009年3月V1.0
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1
故障排查及解决思路 常见故障处理
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2
测量值异常排查方法
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3
透过率异常排查方法
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4
透过率过低解决方法
59报警/透过率低
是
观察稳定性
优化光路， 观察是否正常
是
检查接线是否正常
否
测量接收端电路板 电源是否符合要求
没有输出
问题名称 仪表型号名称 工艺点 问题或现象描述 排查步骤
最终原因
解决方法
11
没有输出 LGA4000
没有4-20mA输出。 l 更换接口板，无效。 l 更换发射端板，无效。最后更换整
机。 接口板没有和综合版配合好。
更换整机。
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继电器回路不能正常动作
问题名称 仪表型号名称 工艺点 问题或现象描述 排查步骤
设置不统一。 更 改 我 公 司 仪 表 的 （ 4-20 ）
mA的设置。
整理课件
测量值波动
问题名称 仪表型号名称 工艺点 问题或现象描述 排查步骤
仪器测量值有波动 LGA4000
转炉煤气柜控制功能技术应用与研究
转炉煤气柜控制功能技术应用与研究张子健①（唐山钢铁集团有限责任公司设备机动部 河北唐山０６３０００）摘 要 转炉煤气柜作为转炉煤气回收系统中重要的组成部分，在整个工艺控制过程中起到承上启下的作用。
转炉煤气柜在整个转炉煤气回收过程中，作为转炉煤气的临时储气容器，不仅要利用煤气柜平衡管网压力，完成转炉煤气的回收，而且要通过减少放散量提高煤气回收率，有效利用二次能源，达到节能减排，满足用户需求的目的。
为此我们通过对转炉煤气柜控制系统功能的开发应用，不断研究适合转炉煤气柜安全生产的一些方法。
关键词 转炉煤气柜 自动控制 联锁保护 新型智能点检中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ Ｚ２ ０１５１ 前言唐钢不锈钢新５万ｍ３转炉煤气柜采用的是威金斯干式煤气柜结构形式。
为满足不锈钢三座转炉的煤气回收要求，完成不锈钢节能环保任务，利用转炉煤气回收再利用的二次能源发电。
不锈钢新建５万ｍ３转炉煤气柜煤气回收系统通过设备改造、工艺控制优化、联锁保护机制、自动控制监测、新智能点检等应用设计，解决了原有煤气柜控制保护手段单一，柜体老化泄露，大修将影响转炉煤气回收和造成大气环境污染的环保问题。
新智能点检的研发开辟了无人智能化、信息化系统的先河，进一步为企业降本、节能、增效注入新思路。
新柜的投入使用，实现了不锈钢三座转炉同时煤气回收的任务，并提供可靠的转炉和高炉烤包用转炉煤气源，同时利用转炉煤气回收二次能源再利用创造出客观的环保和发电效益。
２ 工艺介绍唐钢不锈钢新５万ｍ３转炉煤气柜通过收集炼钢吹炼过程产生的大量转炉煤气，由炼钢转炉、一次风机房、电除尘设备回收至煤气柜储气罐内，实现煤气回收管网压力平衡，经过加压机加压输送给热电发电、三座转炉炼钢以及高炉、转炉烤包的二次能源利用。
图１ 工艺流程示意图３ 控制功能技术应用３．１ ＰＬＣ系统应用设计特点与实现功能本设计应用国内最先进的软硬件设计，完全满足转炉煤气柜生产工艺，始终以“基础研究、技术开发和工程应用携手，探索钢铁工业智能化和绿色化协同”的主题需求，贯彻数字化、信息化、环保化理念，使钢铁企业生产数据的进一步智能应用成为现实。
垃圾焚烧（发电）烟气监测解决方案
垃圾焚烧（发电）烟⽓监测解决⽅案聚光科技（杭州）有限公司Focused Photonics Inc.整体解决⽅案0102环境与安全监测解决⽅案垃圾焚烧环保脱硫环保脱硝⽯化化⼯⽔泥窑炉钢铁冶⾦⼆次焚烧炉■公司部分资质与认证证书03●采⽤●采⽤多层直列叠孔过滤器和，粉尘过滤更彻底、反吹更有效，免维护周期长●该探头已申请发明专利■特点316L材质外壳和陶瓷（⾼效防腐）内胆，有效解决了探头易腐蚀的问题内外双重反吹技术19"盘装式：适⽤于CEMS-2000s型和f型，⽀持热湿法SO 、NO 、O 测量和常温⼲法CO、CO 、O 测量（常温⼲法由模块实现，可选配），2x 同时⽀持⼲湿氧法测量湿度■结构形式CO x -100222■特点●多通道光谱分析技术 —同时测量多种⽓体组份的浓度●差分吸收光谱算法(DOAS) —消除烟尘/⽔⽓等的⼲扰，测量精度⾼●光纤连接技术 —器件可替换性好，维护⽅便■技术参数FPI OMA-2000 紫外过程分光光谱仪■差分吸收光谱算法OMA-2000OMA-2000盘装式(19")可同时测量5组份+1湿度，集成度⾼通过将SO 吸收的快变与10ppm SO 的吸收进⾏⽐较，即可计算出SO 的浓度，对于NO也是类似222-0.-0.-0.0.0.0.0.0.1.1.1.1.1.2.2.Absorption■概述⽬前国内的垃圾焚烧监测领域存在⽔汽含量⼤、腐蚀性⾼等特点，针对这些特殊⼯况，聚光科技（FPI）结合多年在垃圾焚烧⾏业的监测经验，推出了 CEMS-2000f 型垃圾焚烧烟⽓监测系统，该系统是由聚光科技（FPI）⾃主研发制造的⾼端环保监测设备，主要应⽤于⽣活垃圾焚烧发电、⼯业垃圾焚烧处理、危险废物焚烧处理（如医疗废物和⼯业危险废物等）领域的烟⽓连续监测。
CEMS-2000f型系统采⽤热湿法测量SO 、NO 电化学X，法测量O ，⽤红外法测量CO、CO ，⽤半导体激光吸收光谱技术测量HC 、HF等特殊⽓体。
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基于半导体激光吸收光谱(DLAS技术的LGA-4000激光气体分析仪具有无须采样预处
理系统，恶劣环境适应力强等诸多优势，可实现响应速度快、精度高的原位(In-Situ)测
量。当LGA-4000激光气体分析仪采用原位安装形式时，发射单元和接收单元通过连接单元 直接安装在过程管道上，系统的相关尺寸如图2.2所示。
IICT5），在箱体内部通入保护性气体（氮气）达到正压防爆的作用。
同时，防爆型的LGA-4000激光气体分析仪的接收单元上内嵌了正压控制模块（见图
2.5），该模块采用隔爆设计，内置压力传感、信号处理、电源控制和信息显示等模块，可对
继电器输出
3路输出（规格：24V,1A）
工作条件
电源
24VDC（可选220VAC） ,<20W
吹扫气体
0.3-0.8MPa工业氮气、净化仪表空气等
环境温度
-30C—60C
安装
安装方式
:原位安装或旁路安装
表1.1 LGA-4000激光气体分析仪规格和技术参数表
种类
测量下限
测量范围
种类
测量下限
测量范围
02
0-1 ppm, 0-10000 ppm
HCL
0.01 ppm
0-7 ppm, 0-8000 ppm
HCN
0.2 ppm
0-20 ppm,0-1%Vol.
NH3
0.1 ppm
0-10 ppm, 0-1%V ol.
CH4
10 ppm
0-200ppm, 0-10%V ol.
C2H2
0.1 ppm
0-10 ppm, 0-70%Vol.
量程漂移
1%测量范围
维护周期
<2次/年，清洁光学视窗（无消耗品需要）
标定周期
<2次/年
防护等级
IP65
防爆等级
ExpxmdnCT5
接口信号
模拟量输出
2路4-20mA电流（隔离、最大负载500?）
模拟量输入
2路4-20mA电流（温度、压力补偿）
数字输出
RS485/RS232/Bluetooth/GPRS
3、系统组成
LGA-4000激光气体分析仪由激光发射、光电传感和分析模块等构成，如图1.2所示。
由激光发射模块发出的激光束穿过被测烟道（或管道），被安装在直径相对方向上的光电传
感模块中的探测器接收，/分析控制模块对获得的测量信号进行数据采集和分析，得到被测气
体浓度。在扫描激光波长时， 由光电传感模块探测到的激光透过率将发生变化，且此变化仅
行清洁或其他维护时， 维护切断阀门可起到隔绝过程管道和操作环境，防止危险气体泄漏的
作用。
LGA-4000激光气体分析仪的接收单元由光电传感器、信号处理模块、电源模块和精密
光学元件等部分组成，其外形见图2.4。接收单元的主要功能是接收传感信号，并将光谱吸
收信号传输至发射单元进行处理。与发射单元相同，接收单元也是通过连接锁箍与连接单元
决了采样预处理带来诸如响应滞后、维护频繁、易堵易漏、易损件多和运行费用高等各种问
题，并具有如下特点：
原位测量，检测灵敏度高，响应速度快；
一体化设计，结构紧凑，可靠性高；
模块化设计，可现场更换所有功能模块；
智能化程度高，操作、维护方便。
5、系统指标
技术指标
光通道长度
<15米
响应时间
<1秒
线性误差
1%测量范围
（或标定单元）连接，连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构，维护切断阀门和安装法兰
等组成。
4
由于LGA-4000激光气体分析仪大量应用在一些存在爆炸可能的危险场合，需要对气体
分析仪本身进行专门的防爆设计，以达到危险性环境的应用要求。因此，LGA-4000激光气
体分析仪有专门的防爆设计，其发射和接收单元采用正压防爆设计（防爆等级：Expxmd
0.01%Vol.
0-1%Vol., 0-100%V ol.
CO
40 ppm
0-8000ppm,0-100%Vo0%V ol.
H2O
0.03 ppm
0-3 ppm, 0-70%Vol.
H2S
2ppm
0-200 ppm, 0-30%Vol.
HF
0.01 ppm
2、发射单元
LGA-4000激光气体分析仪的发射单元由人机界面、激光器驱动模块、中央处理模块、
半导体激光器和精密光学元件等器件组成，主要实现半导体激光发射、光谱数据处理和人机
交互等功能，其外形见图2.3。发射单元通过连接锁箍与连接单元（或标定单元）连接，连 接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构、维护切断阀门和安装法兰等组成。在对发射单元进
二、
（
1、概要
LGA-4000激光气体分析仪能够在各种高温、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、测量原理
LGA-4000激光气体分析仪是基于半导体激光吸收光谱（DLAS气体分析测量技术的革
新，能有效解决传统的气体分析技术中存在的诸多问题。
半导体激光吸收光谱（DLAS）技术利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光 谱的原理来测量气体浓度。由半导体激光器发射出特定波长的激光束（仅能被被测气体吸 收），穿过被测气体时，激光强度的衰减与被测气体的浓度成一定的函数关系，因此，通过 测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。
仅是来自于激光器与光电传感模块之间光通道内被测气体分子对激光强度的衰减。光强度的
衰减与探测光程之间的被测气体含量成正比。因此，通过测量激光强度衰减可以分析获得被
测气体的浓度。
图1.2基于半导体激光吸收光谱（DLAS）测量技术系统组成示意图
4、系统特点
LGA-4000激光气体分析仪由于采用了半导体激光吸收光谱（DLAS技术，从根本上解
期性地目测检查和清洁光学视窗，系统通常也无须在这些预防性维护后进行重新调整。
（二八系统介绍
1、、基本组成
LGA-4000激光气体分析仪采用了集成化、模块化的设计方式，系统主要功能模块是由发
射单元和接收单元构成（见图2.1）。发射单元驱动半导体激光器，将探测激光发射，并穿
过被测环境，由接收单元进行光电转换，将传感信号送回发射单元，由发射单元的中央处理
C2H4
1.0 ppm
0-100ppm, 0-70%V ol.
表1.2 LGA-4000激光气体分析仪常规气体测量种类及指标
6、运行和维护
LGA-4000系列气体分析系统内置了高性能微处理器，自动化程度非常高，操作简单易
学。由于避免了易磨损的运动部件和其他需经常更换的部件，日常预防性维护主要局限于周