過(guò)去由燃燒排放氣體引起的溫室氣體已成為最被關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題，礦物燃料燃燒排放的氮氧化物（NOX）已經(jīng)成為大氣中氮氧化物污染物的主要來(lái)源。由于NOX會(huì)引起地面臭氧和酸雨的形成，因此其排放已經(jīng)開(kāi)始被加以控制。后燃NOX控制技術(shù)的基本原理是通過(guò)注入氨與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)生成N2和水。但是過(guò)量的注入氨并不能進(jìn)一步降低NOX排放濃度，相反會(huì)導(dǎo)致過(guò)量的氨氣逃逸出反應(yīng)區(qū)，逃逸的氨氣會(huì)與工藝生產(chǎn)流程中硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨，銨鹽沉淀附著在下游設(shè)備的表面，造成了設(shè)備腐蝕，使得維護(hù)費(fèi)用和工作量顯著增加。為使氨逃逸量維持在一個(gè)最低水平線上，須做到以下兩點(diǎn)：一是要對(duì)氨注入的工藝程序進(jìn)行良好的控制，二是要做到在反應(yīng)區(qū)下游精確地、迅速地、連續(xù)地監(jiān)測(cè)到氨逃逸量。連續(xù)、實(shí)時(shí)的對(duì)氨逃逸量進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以瞬間為氨注入系統(tǒng)提供一個(gè)反饋，以此優(yōu)化氨注入系統(tǒng)的運(yùn)行。有過(guò)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（basic oxygen furnaces ，BOF)的煙氣監(jiān)測(cè)應(yīng)用。 

       BOF是鋼鐵廠最主要的設(shè)備之一，被廣泛用做把富碳的生鐵冶煉成鋼。鋼中含碳量越高，硬度越大，但是也更加易碎且缺乏韌性。通過(guò)往熔融的生鐵里面鼓入氧氣，以此來(lái)降低鋼鐵的碳含量，冶煉出低碳鋼，并且通過(guò)更多深處理使這種鋼材適合諸如汽車制造以及其他的對(duì)低碳鋼有需求的應(yīng)用。過(guò)量向熔融的生鐵鼓入氧氣去把含碳量降的更低是沒(méi)有必要的，這樣做反而惡化了鋼鐵的品質(zhì)。因此，快速、實(shí)時(shí)地對(duì)轉(zhuǎn)爐尾氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常重要的，它能直接或間接地確定噴氧截止時(shí)間。

       電解鋁廠的HF氣體監(jiān)測(cè)。鋁在熔煉的過(guò)程中，HF氣體也隨之產(chǎn)生并被排放，為了避免HF氣體泄漏在工作區(qū)域，電解槽都有專用的槽板罩住，產(chǎn)生的HF氣體被捕獲收集，經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)處理后再排放。HF氣體具有劇毒，對(duì)電解槽車間工人的身體健康和周邊的環(huán)境都有很大的傷害和影響，另外，鋁廠對(duì)氟化物回收可以節(jié)約能源，增加經(jīng)濟(jì)效益。可調(diào)諧二極管激光技術(shù)目前已經(jīng)在世界各地的幾百個(gè)電解鋁廠做為凈化系統(tǒng)的控制設(shè)備得以應(yīng)用。

      可調(diào)諧激光器的分析儀、發(fā)射激光光束并穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)的光學(xué)發(fā)射端、安裝在被測(cè)介質(zhì)另一端接收透射光的接收端。分析控制器（分析儀）自身可以安置在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1km之外的控制室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)光學(xué)傳感系統(tǒng)與分析控制器之間通過(guò)光纖和同軸電纜連接，測(cè)量的數(shù)據(jù)被保存在系統(tǒng)的分析控制器內(nèi)的閃存卡或外部電腦上，外部電腦通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)口與分析控制器連接，數(shù)據(jù)信息也可以傳送到企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

       使用TDLAS技術(shù)測(cè)量的氣體濃度實(shí)際上是光束在穿過(guò)的區(qū)域上測(cè)得的平均濃度，LasIRTM系統(tǒng)的原地測(cè)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于使用采樣探頭在煙道/管道一個(gè)點(diǎn)上抽取測(cè)量的方式，尤其是在氣體濃度呈梯度性變化或非均勻分布存在時(shí)，通過(guò)原地測(cè)量光徑上的氣體濃度平均值則更好的代表了過(guò)程氣體的一個(gè)整體濃度值。

       在分析控制器內(nèi)部，光纖耦合激光器通過(guò)光多路器可以實(shí)現(xiàn)氣體的多點(diǎn)監(jiān)測(cè)， LasIRTM系統(tǒng)能夠做到使用單臺(tái)分析控制器同時(shí)做1~16個(gè)不同點(diǎn)的同步監(jiān)測(cè)，另外，在激光器可調(diào)諧范圍之內(nèi)，當(dāng)不同的氣體吸收譜線非常接近時(shí)，一臺(tái)分析控制器也可以對(duì)多種氣體進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)。無(wú)電源要求的光學(xué)傳感單元能非常容易的滿足有防爆要求的檢測(cè)場(chǎng)合（可以配置發(fā)射端和接受端都使用光纖傳輸）。 

燃煤發(fā)電廠的氨逃逸監(jiān)測(cè)

      在大規(guī)模燃燒礦物燃料的領(lǐng)域，例如燃煤發(fā)電廠，都安裝了前燃（pre-combustion）或后燃（post combustion） NOX控制技術(shù)的脫硝裝置，后燃NOX控制技術(shù)可以是選擇性催化還原法(SCR)也可以是選擇性非催化還原法(SNCR)，但是無(wú)論應(yīng)用哪種方法，基本原理都是一樣的，即都是通過(guò)往反應(yīng)器內(nèi)注入氨與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水和N2。注入的氨可以直接以NH3的形式，也可以先通過(guò)尿素分解釋放得到NH3再注入的形式，無(wú)論何種形式，控制好氨的注入總量和氨在反應(yīng)區(qū)的空間分布便可以最大化的降低NOX排放。氨注入的過(guò)少，就會(huì)降低還原轉(zhuǎn)化效率，氨注入的過(guò)量，不但不能減少NOX排放，反而因?yàn)檫^(guò)量的氨導(dǎo)致NH3逃逸出反應(yīng)區(qū)，逃逸的NH3會(huì)與工藝流程中產(chǎn)生的硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨鹽，且主要都是重硫酸銨鹽。銨鹽會(huì)在鍋爐尾部煙道下游固體部件表面上沉淀，例如沉淀在空氣預(yù)熱器扇面上，會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕，并因此帶來(lái)昂貴的維護(hù)費(fèi)用。在反應(yīng)區(qū)注入的氨分布情況與NO和NO2的分布不匹配時(shí)也會(huì)出現(xiàn)氨逃逸現(xiàn)象，高氨量逃逸的情況伴隨著NOX轉(zhuǎn)化效率降低是一種非常糟糕的現(xiàn)象和很嚴(yán)重的問(wèn)題。

      通過(guò)以上分析可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，我們需要在最低的氨逃逸率水平下去降低氮氧化物的排放水平。在工業(yè)領(lǐng)域，越來(lái)越多的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠連續(xù)地、精確地、即時(shí)地監(jiān)測(cè)NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等與礦物燃料燃燒密切相關(guān)的氣體，基于光譜學(xué)技術(shù)如可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)已經(jīng)在很多燃燒礦物燃料的發(fā)電廠或其他工業(yè)燃燒領(lǐng)域被用于監(jiān)測(cè)以上提到的氣體濃度。

煉鋼行業(yè)過(guò)程控制中的煙氣監(jiān)測(cè)

      鋼是碳含量低于1%（通常情況下）的鐵合金，低碳鋼被最廣泛應(yīng)用在汽車制造和一些建筑工業(yè)領(lǐng)域，鋼可以應(yīng)用戶需要被鑄造成鋼筋、鋼板、電線、鋼條、管材等多種樣式的產(chǎn)品。

      在20世紀(jì)，煉鋼工藝有了很大的改變，這種工藝改變主要是由于社會(huì)、政治和大氣環(huán)境等因素的驅(qū)動(dòng)。20世紀(jì)中期，受市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量鋼材的需求不斷增加，煉鋼產(chǎn)業(yè)在此刺激下產(chǎn)量日益增長(zhǎng)。在美國(guó)，建立了高投入的綜合性煉鋼企業(yè)6，這些企業(yè)通過(guò)數(shù)道工序精煉鐵礦石制鋼，通過(guò)對(duì)鋼的化學(xué)成分的良好控制煉制出滿足市場(chǎng)需要的高質(zhì)量的鋼材。

      在最近的二十年里，由于能源危機(jī)的出現(xiàn)，提高熱效率成為了鋼鐵企業(yè)優(yōu)先考慮的事情。綜合性的鋼廠使用熔爐煉鋼，是效率非常高的方式，但是在實(shí)際生產(chǎn)中還需要做很多的改進(jìn)。20世紀(jì)五六十年代，大型綜合性的鋼鐵企業(yè)都趨向于從工藝開(kāi)始到結(jié)束分批對(duì)鐵礦石進(jìn)行冶煉，這就導(dǎo)致了某些設(shè)備運(yùn)行時(shí)其他一些設(shè)備卻處于閑置狀態(tài)。為了降低能源消耗，連續(xù)性的制造工藝因此得到了發(fā)展，不過(guò)各道工序需要做到協(xié)調(diào)一致，以降低能源消耗，減少產(chǎn)品生產(chǎn)的時(shí)間。

      環(huán)境問(wèn)題同時(shí)也成為了高污染行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，環(huán)境保護(hù)法令變得越來(lái)越嚴(yán)厲，這也再次改變了鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)工藝。在過(guò)去的二十年里，隨著市場(chǎng)的萎縮和人工成本更加低廉的進(jìn)口鋼材出現(xiàn)，使得競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。激烈的競(jìng)爭(zhēng)迫使發(fā)達(dá)國(guó)家的許多煉鋼設(shè)備必須降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

      在鋼鐵冶煉中，來(lái)自于高爐的碳含量約4%的鐵水送進(jìn)氧氣轉(zhuǎn)爐（basic oxide furnace ,BOF）進(jìn)一步精煉出鋼。為生產(chǎn)出高等級(jí)、高品質(zhì)的鋼材，向轉(zhuǎn)爐吹進(jìn)高純度的氧氣，消耗鐵水中的碳元素與硅元素，使得鋼鐵碳含量從4%降低到1%以下。根據(jù)鋼等級(jí)以及質(zhì)量要求，轉(zhuǎn)爐(BOF)出來(lái)的的鋼將被再次精煉以及添加合金后做成最終的產(chǎn)品。在轉(zhuǎn)爐內(nèi)若想使鐵水碳含量大大低于1%是做不到的，過(guò)量吹進(jìn)氧氣不會(huì)更多地降低碳含量反而會(huì)惡化鋼鐵的品質(zhì)。因此，確定一個(gè)停止往轉(zhuǎn)爐內(nèi)鐵水吹進(jìn)氧氣的合適截止時(shí)間（(cut-off time)對(duì)于煉鋼企業(yè)來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵和重要的。

電解鋁廠過(guò)程控制中HF氣體監(jiān)測(cè)

      鋁廠通常使用電解法從鋁礬土中提煉金屬鋁，即Hall-Héroult 工藝，鋁電解需要耗用大量的電力，因此一般鋁廠都位于大容量的發(fā)電廠附近。

      原鋁采用電解還原鋁礬土(Al2O3),獲得，鋁礬土(Al2O3),中含有冰晶石(Na3AlF6)和AlF3，電解過(guò)程中產(chǎn)生的HF氣體經(jīng)電解槽上罩板集氣送往凈化設(shè)備處理后再排放。HF氣體具有劇毒，對(duì)電解槽車間里工人的身體健康和周邊的環(huán)境都有很大的傷害和影響，另外，鋁廠對(duì)氟化物回收也有其經(jīng)濟(jì)效益。干法除塵凈化技術(shù)在世界范圍內(nèi)的鋁廠被廣泛使用，氧化鋁作為凈化系統(tǒng)中的吸附劑與HF氣體發(fā)生反應(yīng)生成AlF3，生成的AlF3再重新輸送到電解槽，因而回收利用了相對(duì)昂貴的氟化物?？刂坪眉尤氲絻艋到y(tǒng)中的氧化鋁量就能很好的控制HF氣體的排放。因此，連續(xù)地、原地實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)HF排放對(duì)于優(yōu)化干式凈化設(shè)備中加入的氧化鋁數(shù)量起到了積極效果。