紅外煤氣分析儀Gasboard-3100在煤氣混合站的應用

煤氣熱值是燃氣zui主要的質量指標，及時準確地測量煤氣熱值, 對於(yu) 合理生產(chan) 和有效利用燃氣能源有著重要的意義(yi) 。因此，冶金行業(ye) 曆來都很重視對煤氣熱值的監測。熱值分析是煤氣混合站中較為(wei) 關(guan) 鍵的環節，擔負著煤氣混合站的一個(ge) 重要工藝值---煤氣熱值的檢測，對於(yu) 保證工藝設備正常、提高燃燒效率和改善煉鋼品質起著舉(ju) 足輕重的作用。
    煤氣混合站通常是將高爐煤氣與(yu) 焦爐煤氣加壓後再混合，形成穩定的混合煤氣送往工業(ye) 用戶作為(wei) 生產(chan) 燃料，混合煤氣熱值要求穩定在一定值。為(wei) 保證煤氣熱值的穩定，就必須測量混合煤氣的熱值，並指導調節煤氣混合比例，即高焦比。
    通常的熱值測試方法有人工分析和燃燒熱值儀(yi) 兩(liang) 種。
    人工分析方法是奧氏氣體(ti) 分析儀(yi) 進行煤氣成分分析。全分析項為(wei) CO2、CnHm、O2、CO、CH4、H2和N2 ,前4項用吸收法測定,CH4、H2用燃燒法測定，剩餘(yu) 氣體(ti) 視為(wei) N2的體(ti) 積。zui後通過經驗公式Q = K1·V (CO)+ K2·V (H2 ) + K3 ·V (CH4)算得煤氣熱值(其中K1、K2、K3為(wei) 經驗係數)。這樣化驗過程就產(chan) 生了人工取樣誤差、時間滯後操作誤差、人工讀數視覺誤差和人工計算誤差等。這些都是不可去除的誤差。其次分析取樣間隔是2小時(一次全化驗所需時間)甚至更長，滿足不了對煤氣混合比例實時調節的需求。
    燃燒法熱值儀(yi) 可以實現對煤氣熱值的連續自動分析，但使用維護要求較高，成本相對昂貴，在實際應用還存在以下問題：1.由於(yu) 煤氣中雜質較多，例如高爐煤氣中的粉塵，焦爐煤氣中的焦油等，經常造成預處理裝置中減壓閥和精過濾器堵塞，進氣壓力過低，zui終導致分析值較低，甚至造成熄火，分析中止；2.另外煤氣中的濕度較大時，分析過程中容易會(hui) 在管道內(nei) 產(chan) 生冷凝水，導致管道堵塞，嚴(yan) 重影響分析；3.熱值儀(yi) 測量值有少許滯後，往往與(yu) 計算值相差1MJ左右，導致整個(ge) 混合站不能取得良好的控製效果；4.熱值儀(yi) 分析室內(nei) 燃燒後產(chan) 生的廢氣充斥在整個(ge) 分析室，沒有得到有效排放，影響分析時熱平衡，也會(hui) 導致分析測量產(chan) 生誤差。
    近年來紅外煤氣分析儀(yi) 越來越多地應用於(yu) 實際熱值分析當中。紅外煤氣分析儀(yi) 采用紅外傳(chuan) 感器測量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、CnHm的濃度，使用熱導傳(chuan) 感器測量H2的濃度，使用電化學傳(chuan) 感器測量O2濃度，同時根據測量成分的濃度，計算得到煤氣的理論熱值。紅外煤氣分析儀(yi) 取代了奧氏氣體(ti) 分析儀(yi) 的人工取樣和人工分析環節，可實現自動化測量，避免了人工誤差；同時預處理係統和儀(yi) 器相對燃燒法熱值儀(yi) 具有結構簡單，操作維護方便的特點，更加適合煤氣站實時在線的分析要求。
    通過實踐，對煤氣站控製係統調整如下圖。預處理係統從(cong) 混合煤氣管道取樣並對樣氣做除塵、除焦和脫水的處理，保證紅外煤氣分析儀(yi) 的測試條件。紅外煤氣分析儀(yi) 分析混合煤氣各組分成分並給出測量熱值。為(wei) 保證混合煤氣熱值控製在一定值範圍內(nei) ，混合煤氣實際測量值將引入比值調節係統, 用來對高焦比進行修正。調節指令通過計算機和PLC控製器來控製焦爐煤氣管道上調節閥的動作，以得到zui終的混合煤氣熱值。

                               
    工業(ye) 用戶對煤氣的質量要求很高, 為(wei) 了提高燃燒效率, 確保產(chan) 品質量, 必須保證混合送出的煤氣具有恒定的熱值, 所以熱值儀(yi) 的測量準確與(yu) 否將直接關(guan) 係到混合站的正常運行。
    為(wei) 了得到的煤氣熱值，紅外煤氣分析儀(yi) 必須具備H2測量補償(chang) 功能。熱導傳(chuan) 感器用於(yu) 測量多種混合氣體(ti) 時，必然要考慮到煤氣中其他氣體(ti) 的影響因素。不同氣體(ti) 的熱導係數差異較大，影響也就不同。常見氣體(ti) 的熱導係數如下表所示：

    從(cong) 上表可以看出，煤氣主要成分中CO、O2與(yu) 背景氣N2的熱導係數相當，對H2的測量結果影響不大，但是CO2、CH4對H2測量影響明顯。通過理論分析及實驗表明，如果氣體(ti) 成分中含有CO2，會(hui) 使H2的測量讀數偏低；如果氣體(ti) 成分中含有CH4，會(hui) 使H2的測量讀數偏高。因此為(wei) 了得到準確的H2含量，應對H2濃度進行CO2、CH4的濃度校正。Gasboard-3100煤氣分析儀(yi) 對煤氣的各氣體(ti) 成分進行分析，並將各種氣體(ti) 的相互影響進行了濃度修正和補償(chang) ，消除煤氣中其他成分對H2的影響，保證了H2測量值的準確性。
    此外由於(yu) 熱導傳(chuan) 感器的基本原理是通過對氣體(ti) 流動帶走的熱量進行換算，如果采用直接流通式的熱導檢測池，很難控製氣流，流量大小直接影響H2的讀數；Gasboard-3100煤氣分析儀(yi) 采用了的旁流擴散式的熱導檢測池（見熱導ZL200620098454.3），流量在0.3―1.5L/min的範圍內(nei) 變化對熱導的測量沒有影響，減少了因流量波動造成H2測量的誤差影響。
    為(wei) 了得到的煤氣熱值，煤氣分析儀(yi) 還必須實現CH4、CnHm無幹擾測試。大多數紅外分析儀(yi) 僅(jin) 以CH4為(wei) 測試對象，折合成碳氫化合物總量計算熱值。煤氣成份中，特別是焦爐煤氣，除甲烷外，還含有其他碳氫化合物等成分。根據紅外吸收原理，如圖1，乙烷等碳氫化合物在甲烷的特征波長3.3um左右有明顯吸收幹擾。當煤氣中其他碳氫化合物含量較大時，CH4的測試值會(hui) 明顯偏大，導致熱值測試不準，其熱值測試值也無法保證精度。

                              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(yi) 采用了特殊的氣體(ti) 濾波技術，可實現無幹擾的CH4測量，準確反應混合煤氣中CH4和CnHm成分的實際變化，有利於(yu) 熱值的準確分析。
    Gasboard-3100紅外煤氣分析儀(yi) 對煤氣成分的分析保證了測量熱值的準確，可有效地用於(yu) 混合煤氣的高焦比調節，保證了煤氣站出廠煤氣熱值的相對穩定，提高了煤氣質量。其測量的煤氣成分數據和熱值還可提供給煤氣站用戶用於(yu) 生產(chan) 指導或燃燒控製，提高了煤氣的利用效率。
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