8煤氣分析儀在煤氣成份測量上的應(yīng)用

1、.：.；煤氣分析儀在煤氣成份丈量上的運用摘要：煤氣的成份、熱值、氧含量等數(shù)據(jù)的丈量，對鋼鐵制造行業(yè)里極為重要。根據(jù)測試目的的不同，可分為工藝控制、平安監(jiān)控、熱值丈量和熄滅監(jiān)控等。實踐運用中的氣體分析系統(tǒng)中，大多是采用紅外氣體分析儀丈量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、CnHm的濃度，采用熱導(dǎo)氫分析儀丈量煤氣成分中的H2濃度，采用電化學(xué)或順磁氧分析儀丈量丈量煤氣成分中的O2濃度。關(guān)鍵詞：分析儀；煤氣成分；煤氣熱值0 引言鋼鐵廠在消費過程中產(chǎn)生的各種煤氣可充分回收利用，煤氣經(jīng)過加壓、緊縮、除焦、混合等工藝處置后，再保送到其他需求煤氣的區(qū)域運用，以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。而煤氣的成份、熱值以及氧含量等各

2、種數(shù)據(jù)，是煤氣的準(zhǔn)確配比、存儲、平安運用的保證。其中高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣是煤氣分析的主要丈量對象。1 正文1.1 氣體分析儀引見1.1.1 Gasboard-3100煤氣分析儀Gasboard-3100煤氣分析儀是武漢四方光電科技自主研發(fā)和消費的氣體分析儀。該分析儀一次最多可以丈量六種氣體組分，可集成紅外、熱導(dǎo)、電化學(xué)等三種丈量原理的氣體傳感器。儀器可實現(xiàn)空氣自動調(diào)零，降低了標(biāo)定校準(zhǔn)頻率；可自動修正大氣壓力變化，保證測試精度；可根據(jù)氣體成分自動計算煤氣熱值，替代熄滅法熱值儀；儀器還具備數(shù)字和模擬輸出功能，可充分滿足現(xiàn)場延續(xù)監(jiān)測的要求。1.1.2 準(zhǔn)確可靠的H2丈量Gasboard-31

3、00煤氣分析儀采用了熱導(dǎo)傳感器丈量煤氣成分中H2的濃度。熱導(dǎo)測試方法主要用于二元氣體或準(zhǔn)二元氣體混合物中氫氣的定量分析。鋼鐵廠產(chǎn)生的煤氣主要有高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，這些煤氣成分復(fù)雜，必需思索其他氣體對H2丈量的干擾影響。不同氣體的熱導(dǎo)系數(shù)差別較大，影響也就不同。常見氣體的熱導(dǎo)系數(shù)如下表所示：氣體類型熱導(dǎo)系數(shù)分子量K(0C) mW/KmK(25C) mW/KmM Kg/kmolCO21416.444.0CH4303416.0H21741802.0O22526.232.0N22426.028.8CO2325.828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H2

4、的丈量結(jié)果影響不大，但是CO2 、CH4 對H2丈量影響明顯。經(jīng)過實際分析及實驗闡明，假設(shè)氣體成分中含有CO2，會使H2的丈量讀數(shù)偏低；假設(shè)氣體成分中含有CH4，會使H2的丈量讀數(shù)偏高。因此為了得到準(zhǔn)確的H2含量，應(yīng)對H2濃度進(jìn)展CO2 、CH4的濃度校正。GASBOARD-3100煤氣分析儀對煤氣的各氣體成分進(jìn)展分析，并將各種氣體的相互影響進(jìn)展了濃度修正和補償，消除煤氣中其他成分對H2的影響，保證了H2丈量值的準(zhǔn)確性。 此外由于熱導(dǎo)傳感器的根本原理是經(jīng)過對氣體流動帶走的熱量進(jìn)展換算，假設(shè)采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測池，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

5、采用了專利的旁流分散式的熱導(dǎo)檢測池見熱導(dǎo)專利ZL200620218454.3，流量在0.31.5L/min的范圍內(nèi)變化對熱導(dǎo)的丈量沒有影響，減少了因流量動搖呵斥H2丈量的誤差影響。1.1.3 準(zhǔn)確可靠的CH4丈量為了得到準(zhǔn)確的煤氣熱值，煤氣分析儀還必需實現(xiàn)CH4、CnHm準(zhǔn)確丈量。大多數(shù)紅外分析儀僅以CH4為測試對象，折合成碳?xì)浠衔锟偭坑嬎銦嶂?。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ㄩL3.3um左右有明顯吸收干擾。當(dāng)煤氣中其他碳?xì)浠衔锖枯^大時，CH4的測試值會明顯偏大，導(dǎo)致熱值測試不準(zhǔn)，其熱值測試值也無法

6、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)，可實現(xiàn)無干擾的CH4丈量，能準(zhǔn)確反響混合煤氣中CH4和CnHm成分的實踐變化，有利于煤氣成分和熱值的準(zhǔn)確分析。1.2 在線氣體分析系統(tǒng)1.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成在煤氣丈量領(lǐng)域，僅僅有氣體分析儀器是無法單獨完成丈量義務(wù)的，這是由于煤氣中除了含有CO、CH4、C3H8、H2、O2等氣體成份外，還含有少量的焦油，粉塵，以及以氣態(tài)方式存在的水蒸氣等雜質(zhì)，假設(shè)在氣體進(jìn)入分析儀器前不能及時有效的將其中包含的這些雜質(zhì)除去， 氣體分析儀器的傳感器將很快被污染，其結(jié)果是氣體分析儀器損壞。因此在氣體進(jìn)入

7、分析儀器前對氣體進(jìn)展有效的凈化處置是非常必要的，這一部分被稱為氣體分析系統(tǒng)的預(yù)處置單元。一套在線氣體分析系統(tǒng)通常由四個單元構(gòu)成，分別是取樣及保送單元，預(yù)處置單元，氣體分析單元，控制及通訊單元。預(yù)處置單元，氣體分析單元，控制及通訊單元集成在一個分析機柜中。如以下圖1-2-1所示。圖1-2-1 在線氣體分析系統(tǒng)構(gòu)成總圖1.2.2 取樣及保送單元取樣探頭如圖1-2-2-1所示，經(jīng)過DN50法蘭與工藝管道銜接，其關(guān)鍵部件是其中安裝的陶瓷濾芯，樣氣經(jīng)由此濾芯后方可進(jìn)入伴熱采樣管，濾芯過濾精度為5um，可濾除樣氣中大于5um的雜質(zhì)。但是樣氣中的氣態(tài)焦油能夠凝結(jié)在濾芯外表呵斥堵塞，氣態(tài)水也能夠液化而使濾芯外

8、表更易沾結(jié)灰塵，處理方法是在外層加裝加熱安裝，溫度控制在180上下，使焦油及氣態(tài)水仍以氣態(tài)方式經(jīng)過。探頭箱中還裝有電磁閥，用于定期接入反吹緊縮氣對探頭濾芯進(jìn)展吹掃，電磁閥的動作時序由分析機柜中的控制單元決議。伴熱采樣管用于將樣氣傳送至分析機柜，傳送介質(zhì)采用聚偏氟乙烯管，規(guī)格6mm。與采樣管伴隨敷設(shè)電伴熱帶，并在其外包裹保溫資料，使焦油及水蒸氣仍以氣態(tài)方式經(jīng)過，而不會凝結(jié)在管內(nèi)，呵斥管路堵塞。其截面圖如圖1-2-2-2。.圖1-2-2-1 取樣探頭 圖1-2-2-2 伴熱采樣管截面圖 1.2.3 預(yù)處置單元預(yù)處置單元的主要任務(wù)是抽取樣氣并對其進(jìn)展凈化處置，分別樣氣中的焦油、粉塵、氣態(tài)及液態(tài)水，因

9、此采用了以下預(yù)處置元件：1.2.3.1 冷凝器：分為電子冷凝器及渦流管冷凝器兩種方式，后者在防爆區(qū)域運用時具有更好的適用性。樣氣在進(jìn)入冷凝器后溫度迅速下降，其中的氣態(tài)水液化后被分別排出。經(jīng)過冷凝器除濕后的樣氣露點約在5以下。如以下圖。 圖1-2-3-1-1 電子冷凝器 圖1-2-3-1-2 渦流管冷凝器1.2.3.2 過濾器：預(yù)處置單元中安裝了兩級過濾器，分級濾除樣氣中的雜質(zhì)，前級過濾精度為3um，后級過濾精度為1um，過濾器普通安裝于前面板方便改換濾芯。如圖1-2-3-2。1.2.3.3 采樣泵：用于提供樣氣傳送的動力，空載流量為6L/min，外置的線圈及硅鋼片設(shè)計，使其具有良好的散熱效果，

10、適用于采樣過程中的延續(xù)不延續(xù)運轉(zhuǎn)。如圖1-2-3-3。 圖1-2-3-2 安裝于前面板的過濾器 圖1-2-3-3 采樣泵氣體分析單元 氣體分析單元各項技術(shù)參數(shù)如下表：丈量組分丈量方法量程分辨率精度反復(fù)性誤差CO2紅外傳感器25%0.01%1%1%CO紅外傳感器75%0.01%1%1%CH4紅外傳感器25%0.01%1%1%H2熱導(dǎo)傳感器40%0.01%2%1%O2電化學(xué)傳感器25%0.01%2%1%分析儀具備熱值顯示功能 氣體組分的量程可以根據(jù)客戶要求定制。氣體流量0.71.2 L/min樣氣入口壓力50KPa樣氣要求除水無冷凝；粉塵過濾1m；有些場所能夠需求除油霧呼應(yīng)時間10秒 (NDIR)

11、預(yù)熱時間15分鐘通訊接口RS232模擬輸出420mA任務(wù)溫度050相對濕度585%大氣壓力86108kPa任務(wù)電源220V44V 交流 50Hz1Hz外形尺寸433mm420mm132mm寬長高儀器分量約12kg1.2.5 控制單元控制單元以西門子S7-200型PLC為中心，采用按鈕命令輸入方式，經(jīng)過OMRON小型中間繼電器，對系統(tǒng)各電氣元件進(jìn)展控制?？刂七^程主要包括采樣，反吹，排水，標(biāo)定等，一個包含采樣，反吹，排水的循環(huán)稱為采樣循環(huán)，采樣循環(huán)的周期普通被設(shè)定為3600s，另外，也可經(jīng)過按鈕手動執(zhí)行反吹，排水，標(biāo)定等操作。同時，在氣路上安裝流量、濕度報警單元，用于對樣氣形狀進(jìn)展監(jiān)控，并將報警信

12、號經(jīng)過信號指示燈顯示。如圖1-2-5-1及1-2-5-2。系統(tǒng)除可由分析儀表直接將420mA模擬信號輸出到上端接納設(shè)備外，也可選擇用S7-200的模擬量模塊采集分析儀模擬信號，然后經(jīng)CPU處置后，經(jīng)過其它通訊方式傳輸至上端接納設(shè)備。這些通訊方式包括基于MODBUS RTU協(xié)議的RS-485通訊方式，基于擴展模塊EM277的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊方式，基于擴展模塊CP243-1的以太網(wǎng)通訊方式等。 圖1-2-5-1 現(xiàn)場PLC系統(tǒng) 圖1-2-5-2 控制面板2 結(jié)論經(jīng)過對煤氣分析儀在煤氣成份丈量上的運用的研討，并結(jié)合現(xiàn)場實踐的調(diào)查，對煤氣的加工、存儲、運用、平安等有一定的指點意義。氣體分析儀