所处阶段：成熟待产业化 

　　成果来源：安徽光学精密机械研究所 

　　必要性及需求分析: 

　　为实现轧钢加热炉提高燃烧效率节约煤气、降低钢铁氧化损失目的，因此需对加热炉内第一加热段、均热段的O2与CO气体浓度进行实时精确的测量，为精确控制空燃比提供O2与CO浓度参数。 

　　技术优势 

　　（1）不受背景气体干扰 

　　半导体激光器发射激光线宽窄，小于氧气吸收线宽，且氧气吸收线位于760nm波段，此波段内没有CO2、CO、H2O等常见分子的吸收线，消除了其他气体交叉干扰的影响。 

　　（2）不受加热炉内背景干扰影响 

　　燃烧炉内背景辐射干扰、气流湍流、粉尘等造成到达探测器的光强波动，针对背景辐射干扰，半导体激光器采用阶跃扫描与线性扫描结合方式，分别记录无激光达到探测器的信号X1(n)，有激光达到探测器的信号X2(n)，则消除背景辐射干扰信号X(n)=X1(n)-X2(n)；针对气体湍流、粉尘采用基线拟合，进行光强归一化，消除光强波动的影响。 

　　（3）不受加热炉内温度变化影响 

　　氧气吸收线强随温度变化而改变进而影响测量结果的准确性，需要对加热炉内温度变化造成的测量结果误差进行补偿，本分析仪根据实测的氧气温度，利用氧气高温线强对测量结果进行温度修正，保证测量结果的准确性，选择低态能级高的氧气吸收线，高温环境下吸收线强大，提高检测灵敏度。 

　　（4）无需人工标定 

　　随着氧气分析仪器的电子元器件老化、光路失调等会导致测量结果缓慢漂移，影响测量的准确性，因此需要定期对分析系统进行标定，通常采用将光学收发探头拆卸进行浓度标定，由于分析仪采用原位安装方式，拆卸标定方式繁琐不可行，本分析仪采用标准浓度参考池进行在线标定，无需人工干预，同时保证测量的准确性。 

　　综上所述，本分析仪采用TDLAS技术，结合光强归一化、温度修正等抗环境干扰技术，可实现加热炉氧气的在线测量，可靠性高，维护量小，长期稳定运行。 

　　系统安装方案 

　　根据项目现场调研和相关技术对接，整个系统包括傅里叶变换红外光谱仪单元、接收望远镜单元和辐射背景单元。根据监测需要，在第一加热段和均热段分别安装一套，实时监测第一加热段和均热段轧钢表面的CO气体浓度。在炼钢炉的一侧壁上安装观察孔，在炼钢炉对端侧壁上安装红外辐射背景单元，红外辐射单元安装在炉膛外侧壁上，采用水冷制冷方式，其温度低于轧钢表面CO气体云团的温度。红外光谱仪通过观察孔、望远镜获取炼钢炉内的红外辐射信号，然后再解析轧钢表面的CO气体浓度。 

　　傅里叶变换红外光谱仪单元：FTIR光谱仪及软件部分由迈克逊干涉仪、电脑及控制和分析软件组成。该部分可以对红外辐射信号进行干涉调制，测量包含有待测污染气体红外吸收特征的光谱信息，并对其进行定量分析。 

 图1  FTIR光谱仪原理图 

　  接收望远镜单元：红外辐射信号接收单元由抛物面主镜和双曲面副镜组成。红外辐射信号接收单元汇聚发射单元发射的平行红外辐射信号，并导入FTIR光谱仪内。 

图2 红外辐射信号接收单元光线追迹图 

　　辐射背景单元：辐射背景单元为安装在炉膛外壁的钢板，采用水冷方式对钢板进行降温，使其温度保持在800℃。根据轧钢炉内CO气体与背景板之间的等效温度差即可精确反演炉内CO气体浓度。