8煤气分析仪在煤气成份测量上的应用

1、.：.；煤气分析仪在煤气成份丈量上的运用摘要：煤气的成份、热值、氧含量等数据的丈量，对钢铁制造行业里极为重要。根据测试目的的不同，可分为工艺控制、平安监控、热值丈量和熄灭监控等。实践运用中的气体分析系统中，大多是采用红外气体分析仪丈量煤气成分中的CO、CO2、CH4、CnHm的浓度，采用热导氢分析仪丈量煤气成分中的H2浓度，采用电化学或顺磁氧分析仪丈量丈量煤气成分中的O2浓度。关键词：分析仪；煤气成分；煤气热值0 引言钢铁厂在消费过程中产生的各种煤气可充分回收利用，煤气经过加压、紧缩、除焦、混合等工艺处置后，再保送到其他需求煤气的区域运用，以实现节能减排的目的。而煤气的成份、热值以及氧含量等各

2、种数据，是煤气的准确配比、存储、平安运用的保证。其中高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气是煤气分析的主要丈量对象。1 正文1.1 气体分析仪引见1.1.1 Gasboard-3100煤气分析仪Gasboard-3100煤气分析仪是武汉四方光电科技自主研发和消费的气体分析仪。该分析仪一次最多可以丈量六种气体组分，可集成红外、热导、电化学等三种丈量原理的气体传感器。仪器可实现空气自动调零，降低了标定校准频率；可自动修正大气压力变化，保证测试精度；可根据气体成分自动计算煤气热值，替代熄灭法热值仪；仪器还具备数字和模拟输出功能，可充分满足现场延续监测的要求。1.1.2 准确可靠的H2丈量Gasboard-31

3、00煤气分析仪采用了热导传感器丈量煤气成分中H2的浓度。热导测试方法主要用于二元气体或准二元气体混合物中氢气的定量分析。钢铁厂产生的煤气主要有高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气，这些煤气成分复杂，必需思索其他气体对H2丈量的干扰影响。不同气体的热导系数差别较大，影响也就不同。常见气体的热导系数如下表所示：气体类型热导系数分子量K(0C) mW/KmK(25C) mW/KmM Kg/kmolCO21416.444.0CH4303416.0H21741802.0O22526.232.0N22426.028.8CO2325.828从上表可以看出，煤气主要成分中CO、O2 与背景气N2的热导系数相当，对H2

4、的丈量结果影响不大，但是CO2 、CH4 对H2丈量影响明显。经过实际分析及实验阐明，假设气体成分中含有CO2，会使H2的丈量读数偏低；假设气体成分中含有CH4，会使H2的丈量读数偏高。因此为了得到准确的H2含量，应对H2浓度进展CO2 、CH4的浓度校正。GASBOARD-3100煤气分析仪对煤气的各气体成分进展分析，并将各种气体的相互影响进展了浓度修正和补偿，消除煤气中其他成分对H2的影响，保证了H2丈量值的准确性。 此外由于热导传感器的根本原理是经过对气体流动带走的热量进展换算，假设采用直接流通式的热导检测池，很难控制气流，流量大小直接影响H2的读数；GASBOARD-3100煤气分析仪

5、采用了专利的旁流分散式的热导检测池见热导专利ZL200620218454.3，流量在0.31.5L/min的范围内变化对热导的丈量没有影响，减少了因流量动摇呵斥H2丈量的误差影响。1.1.3 准确可靠的CH4丈量为了得到准确的煤气热值，煤气分析仪还必需实现CH4、CnHm准确丈量。大多数红外分析仪仅以CH4为测试对象，折合成碳氢化合物总量计算热值。煤气成份中，特别是焦炉煤气，除甲烷外，还含有其他碳氢化合物等成分。根据红外吸收原理，如图1，乙烷等碳氢化合物在甲烷的特征波长3.3um左右有明显吸收干扰。当煤气中其他碳氢化合物含量较大时，CH4的测试值会明显偏大，导致热值测试不准，其热值测试值也无法

6、保证精度。图1：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的红外吸收光谱GASBOARD-3100红外煤气分析仪采用了特殊的气体滤波技术，可实现无干扰的CH4丈量，能准确反响混合煤气中CH4和CnHm成分的实践变化，有利于煤气成分和热值的准确分析。1.2 在线气体分析系统1.2.1 系统构成在煤气丈量领域，仅仅有气体分析仪器是无法单独完成丈量义务的，这是由于煤气中除了含有CO、CH4、C3H8、H2、O2等气体成份外，还含有少量的焦油，粉尘，以及以气态方式存在的水蒸气等杂质，假设在气体进入分析仪器前不能及时有效的将其中包含的这些杂质除去， 气体分析仪器的传感器将很快被污染，其结果是气体分析仪器损坏。因此在气体进入

7、分析仪器前对气体进展有效的净化处置是非常必要的，这一部分被称为气体分析系统的预处置单元。一套在线气体分析系统通常由四个单元构成，分别是取样及保送单元，预处置单元，气体分析单元，控制及通讯单元。预处置单元，气体分析单元，控制及通讯单元集成在一个分析机柜中。如以下图1-2-1所示。图1-2-1 在线气体分析系统构成总图1.2.2 取样及保送单元取样探头如图1-2-2-1所示，经过DN50法兰与工艺管道衔接，其关键部件是其中安装的陶瓷滤芯，样气经由此滤芯后方可进入伴热采样管，滤芯过滤精度为5um，可滤除样气中大于5um的杂质。但是样气中的气态焦油能够凝结在滤芯外表呵斥堵塞，气态水也能够液化而使滤芯外

8、表更易沾结灰尘，处理方法是在外层加装加热安装，温度控制在180上下，使焦油及气态水仍以气态方式经过。探头箱中还装有电磁阀，用于定期接入反吹紧缩气对探头滤芯进展吹扫，电磁阀的动作时序由分析机柜中的控制单元决议。伴热采样管用于将样气传送至分析机柜，传送介质采用聚偏氟乙烯管，规格6mm。与采样管伴随敷设电伴热带，并在其外包裹保温资料，使焦油及水蒸气仍以气态方式经过，而不会凝结在管内，呵斥管路堵塞。其截面图如图1-2-2-2。.图1-2-2-1 取样探头 图1-2-2-2 伴热采样管截面图 1.2.3 预处置单元预处置单元的主要任务是抽取样气并对其进展净化处置，分别样气中的焦油、粉尘、气态及液态水，因

9、此采用了以下预处置元件：1.2.3.1 冷凝器：分为电子冷凝器及涡流管冷凝器两种方式，后者在防爆区域运用时具有更好的适用性。样气在进入冷凝器后温度迅速下降，其中的气态水液化后被分别排出。经过冷凝器除湿后的样气露点约在5以下。如以下图。 图1-2-3-1-1 电子冷凝器 图1-2-3-1-2 涡流管冷凝器1.2.3.2 过滤器：预处置单元中安装了两级过滤器，分级滤除样气中的杂质，前级过滤精度为3um，后级过滤精度为1um，过滤器普通安装于前面板方便改换滤芯。如图1-2-3-2。1.2.3.3 采样泵：用于提供样气传送的动力，空载流量为6L/min，外置的线圈及硅钢片设计，使其具有良好的散热效果，

10、适用于采样过程中的延续不延续运转。如图1-2-3-3。 图1-2-3-2 安装于前面板的过滤器 图1-2-3-3 采样泵气体分析单元 气体分析单元各项技术参数如下表：丈量组分丈量方法量程分辨率精度反复性误差CO2红外传感器25%0.01%1%1%CO红外传感器75%0.01%1%1%CH4红外传感器25%0.01%1%1%H2热导传感器40%0.01%2%1%O2电化学传感器25%0.01%2%1%分析仪具备热值显示功能 气体组分的量程可以根据客户要求定制。气体流量0.71.2 L/min样气入口压力50KPa样气要求除水无冷凝；粉尘过滤1m；有些场所能够需求除油雾呼应时间10秒 (NDIR)

11、预热时间15分钟通讯接口RS232模拟输出420mA任务温度050相对湿度585%大气压力86108kPa任务电源220V44V 交流 50Hz1Hz外形尺寸433mm420mm132mm宽长高仪器分量约12kg1.2.5 控制单元控制单元以西门子S7-200型PLC为中心，采用按钮命令输入方式，经过OMRON小型中间继电器，对系统各电气元件进展控制。控制过程主要包括采样，反吹，排水，标定等，一个包含采样，反吹，排水的循环称为采样循环，采样循环的周期普通被设定为3600s，另外，也可经过按钮手动执行反吹，排水，标定等操作。同时，在气路上安装流量、湿度报警单元，用于对样气形状进展监控，并将报警信

12、号经过信号指示灯显示。如图1-2-5-1及1-2-5-2。系统除可由分析仪表直接将420mA模拟信号输出到上端接纳设备外，也可选择用S7-200的模拟量模块采集分析仪模拟信号，然后经CPU处置后，经过其它通讯方式传输至上端接纳设备。这些通讯方式包括基于MODBUS RTU协议的RS-485通讯方式，基于扩展模块EM277的PROFIBUS-DP现场总线通讯方式，基于扩展模块CP243-1的以太网通讯方式等。 图1-2-5-1 现场PLC系统 图1-2-5-2 控制面板2 结论经过对煤气分析仪在煤气成份丈量上的运用的研讨，并结合现场实践的调查，对煤气的加工、存储、运用、平安等有一定的指点意义。气体分析仪