紅外煤氣分析儀Gasboard-3100在煤氣混合站的應(yīng)用

煤氣熱值是燃?xì)鈠ui主要的質(zhì)量指標(biāo)，及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量煤氣熱值, 對(duì)于合理生產(chǎn)和有效利用燃?xì)饽茉从兄匾囊饬x。因此，冶金行業(yè)歷來(lái)都很重視對(duì)煤氣熱值的監(jiān)測(cè)。熱值分析是煤氣混合站中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著煤氣混合站的一個(gè)重要工藝值---煤氣熱值的檢測(cè)，對(duì)于保證工藝設(shè)備正常、提高燃燒效率和改善煉鋼品質(zhì)起著舉足輕重的作用。
    煤氣混合站通常是將高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣加壓后再混合，形成穩(wěn)定的混合煤氣送往工業(yè)用戶作為生產(chǎn)燃料，混合煤氣熱值要求穩(wěn)定在一定值。為保證煤氣熱值的穩(wěn)定，就必須測(cè)量混合煤氣的熱值，并指導(dǎo)調(diào)節(jié)煤氣混合比例，即高焦比。
    通常的熱值測(cè)試方法有人工分析和燃燒熱值儀兩種。
    人工分析方法是奧氏氣體分析儀進(jìn)行煤氣成分分析。全分析項(xiàng)為CO2、CnHm、O2、CO、CH4、H2和N2 ,前4項(xiàng)用吸收法測(cè)定,CH4、H2用燃燒法測(cè)定，剩余氣體視為N2的體積。zui后通過經(jīng)驗(yàn)公式Q = K1·V (CO)+ K2·V (H2 ) + K3 ·V (CH4)算得煤氣熱值(其中K1、K2、K3為經(jīng)驗(yàn)系數(shù))。這樣化驗(yàn)過程就產(chǎn)生了人工取樣誤差、時(shí)間滯后操作誤差、人工讀數(shù)視覺誤差和人工計(jì)算誤差等。這些都是不可去除的誤差。其次分析取樣間隔是2小時(shí)(一次全化驗(yàn)所需時(shí)間)甚至更長(zhǎng)，滿足不了對(duì)煤氣混合比例實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的需求。
    燃燒法熱值儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣熱值的連續(xù)自動(dòng)分析，但使用維護(hù)要求較高，成本相對(duì)昂貴，在實(shí)際應(yīng)用還存在以下問題：1.由于煤氣中雜質(zhì)較多，例如高爐煤氣中的粉塵，焦?fàn)t煤氣中的焦油等，經(jīng)常造成預(yù)處理裝置中減壓閥和精過濾器堵塞，進(jìn)氣壓力過低，zui終導(dǎo)致分析值較低，甚至造成熄火，分析中止；2.另外煤氣中的濕度較大時(shí)，分析過程中容易會(huì)在管道內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致管道堵塞，嚴(yán)重影響分析；3.熱值儀測(cè)量值有少許滯后，往往與計(jì)算值相差1MJ左右，導(dǎo)致整個(gè)混合站不能取得良好的控制效果；4.熱值儀分析室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的廢氣充斥在整個(gè)分析室，沒有得到有效排放，影響分析時(shí)熱平衡，也會(huì)導(dǎo)致分析測(cè)量產(chǎn)生誤差。
    近年來(lái)紅外煤氣分析儀越來(lái)越多地應(yīng)用于實(shí)際熱值分析當(dāng)中。紅外煤氣分析儀采用紅外傳感器測(cè)量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、CnHm的濃度，使用熱導(dǎo)傳感器測(cè)量H2的濃度，使用電化學(xué)傳感器測(cè)量O2濃度，同時(shí)根據(jù)測(cè)量成分的濃度，計(jì)算得到煤氣的理論熱值。紅外煤氣分析儀取代了奧氏氣體分析儀的人工取樣和人工分析環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，避免了人工誤差；同時(shí)預(yù)處理系統(tǒng)和儀器相對(duì)燃燒法熱值儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便的特點(diǎn)，更加適合煤氣站實(shí)時(shí)在線的分析要求。
    通過實(shí)踐，對(duì)煤氣站控制系統(tǒng)調(diào)整如下圖。預(yù)處理系統(tǒng)從混合煤氣管道取樣并對(duì)樣氣做除塵、除焦和脫水的處理，保證紅外煤氣分析儀的測(cè)試條件。紅外煤氣分析儀分析混合煤氣各組分成分并給出測(cè)量熱值。為保證混合煤氣熱值控制在一定值范圍內(nèi)，混合煤氣實(shí)際測(cè)量值將引入比值調(diào)節(jié)系統(tǒng), 用來(lái)對(duì)高焦比進(jìn)行修正。調(diào)節(jié)指令通過計(jì)算機(jī)和PLC控制器來(lái)控制焦?fàn)t煤氣管道上調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，以得到zui終的混合煤氣熱值。

                               
    工業(yè)用戶對(duì)煤氣的質(zhì)量要求很高, 為了提高燃燒效率, 確保產(chǎn)品質(zhì)量, 必須保證混合送出的煤氣具有恒定的熱值, 所以熱值儀的測(cè)量準(zhǔn)確與否將直接關(guān)系到混合站的正常運(yùn)行。
    為了得到的煤氣熱值，紅外煤氣分析儀必須具備H2測(cè)量補(bǔ)償功能。熱導(dǎo)傳感器用于測(cè)量多種混合氣體時(shí)，必然要考慮到煤氣中其他氣體的影響因素。不同氣體的熱導(dǎo)系數(shù)差異較大，影響也就不同。常見氣體的熱導(dǎo)系數(shù)如下表所示：

    從上表可以看出，煤氣主要成分中CO、O2與背景氣N2的熱導(dǎo)系數(shù)相當(dāng)，對(duì)H2的測(cè)量結(jié)果影響不大，但是CO2、CH4對(duì)H2測(cè)量影響明顯。通過理論分析及實(shí)驗(yàn)表明，如果氣體成分中含有CO2，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏高。因此為了得到準(zhǔn)確的H2含量，應(yīng)對(duì)H2濃度進(jìn)行CO2、CH4的濃度校正。Gasboard-3100煤氣分析儀對(duì)煤氣的各氣體成分進(jìn)行分析，并將各種氣體的相互影響進(jìn)行了濃度修正和補(bǔ)償，消除煤氣中其他成分對(duì)H2的影響，保證了H2測(cè)量值的準(zhǔn)確性。
    此外由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對(duì)氣體流動(dòng)帶走的熱量進(jìn)行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測(cè)池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數(shù)；Gasboard-3100煤氣分析儀采用了的旁流擴(kuò)散式的熱導(dǎo)檢測(cè)池（見熱導(dǎo)ZL200620098454.3），流量在0.3―1.5L/min的范圍內(nèi)變化對(duì)熱導(dǎo)的測(cè)量沒有影響，減少了因流量波動(dòng)造成H2測(cè)量的誤差影響。
    為了得到的煤氣熱值，煤氣分析儀還必須實(shí)現(xiàn)CH4、CnHm無(wú)干擾測(cè)試。大多數(shù)紅外分析儀僅以CH4為測(cè)試對(duì)象，折合成碳?xì)浠衔锟偭坑?jì)算熱值。煤氣成份中，特別是焦?fàn)t煤氣，除甲烷外，還含有其他碳?xì)浠衔锏瘸煞?。根?jù)紅外吸收原理，如圖1，乙烷等碳?xì)浠衔镌诩淄榈奶卣鞑ㄩL(zhǎng)3.3um左右有明顯吸收干擾。當(dāng)煤氣中其他碳?xì)浠衔锖枯^大時(shí)，CH4的測(cè)試值會(huì)明顯偏大，導(dǎo)致熱值測(cè)試不準(zhǔn)，其熱值測(cè)試值也無(wú)法保證精度。

                              圖1：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的紅外吸收光譜
    Gasboard-3100紅外煤氣分析儀采用了特殊的氣體濾波技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾的CH4測(cè)量，準(zhǔn)確反應(yīng)混合煤氣中CH4和CnHm成分的實(shí)際變化，有利于熱值的準(zhǔn)確分析。
    Gasboard-3100紅外煤氣分析儀對(duì)煤氣成分的分析保證了測(cè)量熱值的準(zhǔn)確，可有效地用于混合煤氣的高焦比調(diào)節(jié)，保證了煤氣站出廠煤氣熱值的相對(duì)穩(wěn)定，提高了煤氣質(zhì)量。其測(cè)量的煤氣成分?jǐn)?shù)據(jù)和熱值還可提供給煤氣站用戶用于生產(chǎn)指導(dǎo)或燃燒控制，提高了煤氣的利用效率。
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