紅外煤氣分析儀在煤氣站的應(yīng)用

       煤氣熱值是燃?xì)?主要的質(zhì)量指標(biāo)，及時準(zhǔn)確地測量煤氣熱值,對于合理生產(chǎn)和有效利用燃?xì)饽茉从兄匾囊饬x。因此，冶金行業(yè)歷來都很重視對煤氣熱值的監(jiān)測。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重要工藝值---煤氣熱值的檢測，對于保證工藝設(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，*必須測量混合煤氣的熱值，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。全分析項為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，剩余氣體視為N2的體積。*后通過經(jīng)驗公式Q = K1·V (CO)+ K2·V (H2 ) + K3 ·V (CH4)算得煤氣熱值(其中K1、K2、K3為經(jīng)驗系數(shù))。這樣化驗過程*產(chǎn)生了人工取樣誤差、時間滯后操作誤差、人工讀數(shù)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(diào)節(jié)的需求。

       燃燒法熱值儀可以實現(xiàn)對煤氣熱值的連續(xù)自動分析，但使用維護(hù)要求較高，成本相對昂貴，在實際應(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，*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，分析過程中容易會在管道內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致管道堵塞，嚴(yán)重影響分析；3.熱值儀測量值有少許滯后，往往與計算值相差1MJ左右，導(dǎo)致整個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分析室，沒有得到有效排放，影響分析時熱平衡，也會導(dǎo)致分析測量產(chǎn)生誤差。

       近年來紅外煤氣分析儀越來越多地應(yīng)用于實際熱值分析當(dāng)中。紅外煤氣分析儀采用紅外傳感器測量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、CnHm的濃度，使用熱導(dǎo)傳感器測量H2的濃度，使用電化學(xué)傳感器測量O2濃度，同時根據(jù)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)，可實現(xiàn)自動化測量，避免了人工誤差；同時預(yù)處理系統(tǒng)和儀器相對燃燒法熱值儀具有結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)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樣氣做除塵、除焦和脫水的處理，保證紅外煤氣分析儀的測試條件。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)，混合煤氣實際測量值將引入比值調(diào)節(jié)系統(tǒng),用來對高焦比進(jìn)行修正。調(diào)節(jié)指令通過計算機和PLC控制器來控制焦?fàn)t煤氣管道上調(diào)節(jié)閥的動作，以得到*終的混合煤氣熱值。

       為了得到*的煤氣熱值，紅外煤氣分析儀必須具備H2測量補償功能。熱導(dǎo)傳感器用于測量多種混合氣體時，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*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H2的測量結(jié)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，如果氣體成分中含有CO2，會使H2的測量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數(shù)偏高。因此為了得到準(zhǔn)確的H2含量，應(yīng)對H2濃度進(jìn)行CO2、CH4的濃度校正。此外由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對氣體流動帶走的熱量進(jìn)行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數(shù)，為了得到*的煤氣熱值，煤氣分析儀還必須實現(xiàn)CH4、CnHm無干擾測試。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保證精度。

   
       紅外煤氣分析儀可通過對特殊氣體過濾實現(xiàn)無干擾測量煤氣成分，來保證*分析使得測量熱值的準(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穩(wěn)定，提高了煤氣質(zhì)量。其測量的煤氣成分?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。