Zur Analyse von gasförmigen Emissionen bei Industrieprozessen bietet sich der Einsatz des in situ-Lasergasmesssystems an. Die Kombination von Diodenlasern, optischen Verfahren, Spektroskopie und robustem industriellen Design ermöglicht eine Online-Analyse ohne Querempfindlichkeiten auf andere vorhandene Komponenten. Dabei sind Betriebsdrücke von bis zu 5 bar und Gastemperaturen von über 1000 °C möglich.
Die Lasergasmonitore sind optische Instrumente, bei denen ein Infrarotstrahl von einem temperaturgeregelten Diodenlaser zu einem gegenüberliegenden Empfänger geleitet wird. Dabei arbeitet die Laserdiode etwa bei Raumtemperatur.
Konventionelle Infrarotanalysatoren weisen generell Querempfindlichkeiten zu anderen Gasen auf. Dieses Problem macht sich umso deutlicher bemerkbar, je tiefer die Messbereiche liegen. Im Gegensatz zu dieser herkömmlichen Technik, die mit Breitband-Spektralfiltern arbeitet, kommt bei dem Lasergasmonitor die sogenannte Einlinienspektroskopie im nahen Infrarotbereich (NIR) zum Einsatz.
Die Einlinienspektroskopie basiert auf der Selektion einer einzigen Absorptionslinie im nahen Infrarotbereich des zu messenden Gases. Basis für die Auswahl der Linie ist eine spektroskopische Analyse der auftretenden Gaskomponenten, um sicherzustellen, dass keine weitere Komponente eine Absorptionsbande bei der gewählten Wellenlänge hat und damit keine Querempfindlichkeit verursachen kann. Die Frequenz der Laserdiode wird dann so justiert, dass sie mit der gewählten Wellenlänge korrespondiert. Dabei erfolgt die Justage durch Veränderung der Temperatur und des Stromes durch die Laserdiode. Die spektrale Breite des Laserstrahls ist bedeutend schmaler als die spektrale Breite der Absorptionslinie des gewählten Gases. Durch Verändern des Diodenstromes wird die gewählte Absorptionslinie über einen bestimmten Bereich (l) abgetastet.
Die Intensität des Laserstrahls, die vom Empfänger aufgenommen wird, ändert sich als Funktion der Wellenlänge nur bei Anwesenheit der spezifischen Gasmoleküle zwischen Sender und Empfänger. Die so detektierte Form und das Absorptionsmaximum wird dann zur Berechnung der Konzentration herangezogen. Da die Absorptionsbande so gewählt ist, dass kein weiteres anwesendes Gas eine Strahlabschwächung bewirken kann, gibt es auch keine Querempfindlichkeiten auf andere Gase.
Die Lasergassysteme reagieren nicht auf Staubpartikel im Prozessgas oder auf den optischen Fenstern. Dies wird dadurch erreicht, dass die Berechnung der Konzentration relativ zur Form und Größe der Absorptionslinie erfolgt. Dadurch ist eine zuverlässigere Messung gewährleistet, mit einer beträchtlichen Reduzierung der Wartungsintervalle.
Systemaufbau
Der Lasergasmonitor ist durch seine kompakte und robuste Bauweise leicht zu montieren. Er besteht im Wesentlichen aus drei Basiseinheiten:
- einem Sender mit Spülluftanschluss, einem Ausrichtmechanismus und einem DN50-Flansch
- einem Empfänger mit Spülluftanschluss, Kalibrationsgasanschluss, Ausrichtmechanismus und DN50-Flansch
- einer Elektronikeinheit mit Konzentrations- und Statusanzeige
Der Sender und der Empfänger werden direkt auf einen DN50/PN10- oder PN16- Flansch montiert, die an dem Abgaskanal oder -rohr angeschweißt sind. Andere Flansche sind optional lieferbar. Die notwendigen Einstellungen während der Installation erfolgen mit Hilfe eines normalen PC´s oder Notebooks.
Die optischen Fenster, die Edelstahlflansche und die Spülgasanschlüsse bilden die Schnittstelle zwischen dem Prozessgas und dem Lasergasmonitor. Um größere Ansammlungen von Staub oder anderen Partikeln an den optischen Fenstern zu verhindern, werden diese mit trockener, ölfreier Luft oder Stickstoff kontinuierlich gespült.
Die Ausrichtung des Systems erfolgt durch Justage der beiden Flansche auf Sender- und Empfängerseite. Um Leckagen während der Installation oder bei Wartungsarbeiten zu vermeiden, können optional Kugelhähne zwischen dem Lasergasmonitor und dem Prozess montiert werden. Diese Kugelhähne können auch eine übermäßige Verschmutzung der Fenster verhindern, falls die Spülung ausfällt.
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