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激光在線氣體分析儀在太鋼的應(yīng)用 分析儀技術(shù)指標

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
國內(nèi)煉鋼廠的煤氣回收系統(tǒng),較多使用在線取樣分析儀系統(tǒng)進行回收,但在線取樣分析儀的取樣管易腐蝕、堵塞; 響應(yīng)時間滯后;維護和標定工作量大;溶解和吸附導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)偏小;只能檢測“點”氣體濃度,檢測信息不完整; 受背景氣體、粉塵干擾,測量數(shù)據(jù)偏??; 單參數(shù)測量,只能測量氣體濃度,不能同時測量溫度、流速等原因,使得影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收率。太鋼使用NEOM(挪威)激光(LaserGas)氣體分析儀系統(tǒng)進行煤氣回收,激光分析儀的使用維護簡單方便,減少了影響煤氣回收系統(tǒng)的故障和維護量,提高了煤氣回收率。

一、工藝目的

鋼鐵工業(yè)中的基本工藝為間接熔融冶煉法。其生產(chǎn)過程包括:鋼鐵冶煉、焦炭冶煉、軋鋼系統(tǒng)等生產(chǎn)工藝,在生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的可回收的能源氣體,分析檢測這些氣體的含量,具有非常重要的作用。


圖1 鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的可回收能源氣體

鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程中對生成氣體進行分析的主要目的有以下幾點:

1、優(yōu)化生產(chǎn)工藝:如高爐爐氣分析系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐/電爐/精煉爐爐氣分析系統(tǒng)等;
2、能源氣回收利用:如轉(zhuǎn)爐煤氣回收分析系統(tǒng)、焦爐煤氣分析系統(tǒng)等;
3、環(huán)保節(jié)能:如熱風(fēng)爐后煙道氣分析系統(tǒng)、燒結(jié)/石灰窯煙道氣分析系統(tǒng);
4、能源利用率:如通過分析儀系統(tǒng),受PLC程序聯(lián)鎖控制,使得所回收的氣體熱值得到保障;
5、安全控制分析:如高爐噴煤分析系統(tǒng)、電捕焦安全分析系統(tǒng)、電除塵安全分析系統(tǒng),煤氣回收系統(tǒng)安全保障等。

二、激光(LaserGas)分析儀的工作原理

激光氣體現(xiàn)場在線分析儀采用單吸收線光譜技術(shù),基于在近紅外區(qū)域內(nèi)對被測氣體單吸收線的挑選。首先通過對所選吸收線進行光譜分析,使得在所選吸收線波長內(nèi)無其它氣體的吸收線(無交叉吸收干涉)。然后,通過調(diào)節(jié)固態(tài)激光器溫度和驅(qū)動電流,將固態(tài)激光器頻率調(diào)整對應(yīng)到氣體的單吸收線。激光掃描光譜寬度相應(yīng)調(diào)整到比被測氣體單吸收線光譜寬度更窄。通過改變固態(tài)激光器的電流,包含單吸收線的激光波長被掃描發(fā)射出來。

在激光掃描發(fā)射期間,作為波長的一個特性,接收單元探測到的光強度將發(fā)生變化,且此變化只是來自發(fā)射單元(Transmitter)內(nèi)部的激光器與接收單元(Receiver)之間的標定管或轉(zhuǎn)爐氣體煙道管內(nèi)被測氣體分子對光線強度的吸收。探測到的單吸收線的形狀和尺寸(見圖2)用來計算發(fā)射單元和接收單元之間的氣體含量。而其它氣體的吸收線不會出現(xiàn)在所選波長范圍內(nèi),因此不會對單吸收線產(chǎn)生干擾,從而影響氣體含量測量。激光氣體現(xiàn)場在線分析儀工作時,把煙道一側(cè)發(fā)射單元上的紅外激光發(fā)射到煙道另一側(cè)上的接收單元上,其測量技術(shù)正是基于用煙道內(nèi)存在的氣體分子測量對光的吸收量。

測量原理被稱為:紅外單線吸收光譜。它是基于這樣一個事實:大多數(shù)氣體只吸收特定波長的光。吸收量是煙道內(nèi)氣體含量的一個直接反映。二極管激光波長通過掃描被選定的吸收線得到,由于二極管激光器和探測器光路上的特定氣體分子的吸收,探測光由于激光波長的作用而變化。為增加其敏感性,采用了所謂的波長調(diào)制技術(shù):當掃描吸收線時,激光波長會被輕微調(diào)節(jié)。探測器信號被光譜分解為激光調(diào)制頻率和聲學(xué)下的頻率元件。第二諧波信號通常用于測量吸收氣體的濃度。既然在特定的波長下,其它氣體的吸收線并不存在,所以不存在來自其它氣體的直接干擾。被測量氣體的濃度與吸收線的振幅是成比例的。


圖2 激光(LaserGas)分析儀的測量原理
Transmitter:發(fā)射單元 Receiver:接收單元 Transmission:傳輸率 Absorption line: 吸收線

三、激光分析儀和傳統(tǒng)分析儀的比較

國內(nèi)煉鋼廠的煤氣回收系統(tǒng),較多使用在線取樣分析儀系統(tǒng)進行回收,但在線取樣分析儀的取樣管易腐蝕、堵塞; 響應(yīng)時間滯后;維護和標定工作量大;溶解和吸附導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)偏??;只能檢測“點”氣體濃度,檢測信息不完整; 受背景氣體、粉塵干擾,測量數(shù)據(jù)偏??; 單參數(shù)測量,只能測量氣體濃度,不能同時測量溫度、流速等原因,使得影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收率。太鋼使用NEOM(挪威)激光(LaserGas)氣體分析儀系統(tǒng)進行煤氣回收,激光分析儀的使用維護簡單方便,減少了影響煤氣回收系統(tǒng)的故障和維護量,提高了煤氣回收率。

LaserGas激光現(xiàn)場氣體在線分析儀能滿足高粉塵、高水分、高溫、高腐蝕等惡劣環(huán)境下用戶對氣體成分現(xiàn)場、直接、快速測量需要。它是較新一代分析儀,是氣體分析儀升級換代產(chǎn)品,代表了此領(lǐng)域發(fā)展方向,正在世界各地取代傳統(tǒng)分析儀,已在全球五十多個國家使用。它采用在近紅外光譜范圍內(nèi)的“單吸收線”光譜技術(shù),徹底避免了“交叉干擾”。

四、激光現(xiàn)場氣體在線分析儀的優(yōu)點

激光現(xiàn)場氣體在線分析儀具有傳統(tǒng)分析儀無法比擬的優(yōu)點:

連續(xù)、現(xiàn)場直接測量
高靈敏度、高精度、高穩(wěn)定度
快速響應(yīng)(時間小于1秒)
可選的測量范圍
可選的輸出信號
容易安裝
極少而又簡單的維護
內(nèi)置重標定機構(gòu)(一般若干年后才需重標定一次)
無需進行氣體采樣預(yù)處理
不受交叉干擾影響
測量不受粉塵、水分、背景組分等影響
全固態(tài)設(shè)計,無運動部件、無易損件,無周期性消耗替換件
結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、堅固耐用
通過德國TUV測試,國際品質(zhì)
美國、歐洲、日本等全球50多個國家廣泛使用

五、激光氣體分析儀的發(fā)射器和接收器吹掃系統(tǒng)

對于發(fā)射單元和接收單元需要吹掃的應(yīng)用,吹掃流的方向在圖3中有說明。既然在這些單元里面有光學(xué)表面,必須要保證氣體的清潔,因此額外的過濾器可能是必要的。注意所謂的“儀表空氣”可能包含一些油和水。如果接收器和發(fā)射器被這樣的空氣吹掃,不久之后它們會被永久地損壞。因此推薦使用氮氣作為吹掃氣體。吹掃流不能過高以防止這些單元里過壓。如果吹掃流被阻塞,接收單元和發(fā)射單元能夠在一小時期間保持氣體好于99.5%。


圖3 激光氣體分析儀的發(fā)射單元和接收單元吹掃系統(tǒng)

六、激光氣體分析儀在太鋼的應(yīng)用

轉(zhuǎn)爐是煉鋼廠的重要組成部分。轉(zhuǎn)爐冶煉燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的爐氣具有周期變化的特征,每爐次冶煉的周期為半小時左右,其中冶煉中期的10分鐘左右產(chǎn)生的爐氣中含有較高的CO,其回收利用具有很高的經(jīng)濟價值,一般每噸鋼可回收煤氣80-160m3,其回收的關(guān)鍵在于回收時間和煤氣熱值的控制。國內(nèi)鋼廠較多使用在線取樣分析儀系統(tǒng)進行煤氣回收,太鋼采用了LT法除塵設(shè)備,并使用NEOM激光氣體分析儀系統(tǒng)進行煤氣回收。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煙氣溫度高達1200℃左右,經(jīng)蒸發(fā)冷卻器(EC系統(tǒng))、電除塵器(ESP系統(tǒng))除塵,再通過煤氣冷卻器(GC系統(tǒng))降溫后才可回收利用。轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO達到一定濃度,一般是28%以上,即打開氣體切換站的回收側(cè)盅形閥進入煤氣柜儲存,否則經(jīng)過放散側(cè)盅形閥通過放散塔點火燃燒;煤氣柜前的O2激光分析保證煤氣柜內(nèi)O2含量超標后啟動應(yīng)急預(yù)案,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性, 煤氣柜中合格的煤氣才可送給用戶使用。


圖4 TISCO轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)流程

七、激光氣體分析儀的操作和維護

激光分析儀的操作很容易,它包含一個監(jiān)測和控制儀器所有基本功能的微信息處理器。維護人員應(yīng)該在安裝期間,使用一臺連接到儀器的個人電腦,為激光分析儀提供一次一些必要的氣體參數(shù)。然后斷開個人電腦連接,激光氣體分析儀將繼續(xù)操作并測量氣體濃度。激光分析儀不包含運動部件,因此沒有必要定期替換部件。

因此激光分析儀的維護量被縮減到一個最小值,主要維護項目包括目視檢查和清潔光學(xué)視窗,并且在這些維護之后沒有必要重新校準系統(tǒng)。經(jīng)驗表明:對于大多數(shù)應(yīng)用來說,維護間隔大于三個月是可以接受的。在這部分描述的維護操作會保證分析儀持續(xù)、安全運轉(zhuǎn)。為了預(yù)防激光氣體分析儀連續(xù)運轉(zhuǎn),建議每六個月定期調(diào)整校準,這取決于操作環(huán)境。另外,應(yīng)該同時檢查其它的因素,像腐蝕,滲漏等等。在正常操作期間每個月做一次內(nèi)部儀器狀態(tài)報告。報告應(yīng)該足以去評價特殊維修工作的需要。

八、激光氣體分析儀的校準(Calibration)

NEMO所有生產(chǎn)的激光分析儀都在出廠前校準的。因此,用戶在使用時不需要去校準激光分析儀(也可已通上標氣進行校驗它的精度)。然而,在使用了一段時間以后,由于二極管激光器的老化,激光分析儀參數(shù)可能會改變。這種情況下,有必要進行一次新的校準。必須使用一種被鑒定過的測試氣體(標定氣體)和所提供的氣體單元每年做一次儀器校準確認。被鑒定過的測試氣體必須是氮氣和被測量氣體的混合物。一臺O2激光氣體分析儀或CO激光分析儀,應(yīng)該使用干燥的空氣或僅僅室內(nèi)空氣被測試和校準。

應(yīng)該注意的是,激光分析儀的校準是一個非常負責(zé)的程序,它會影響所有的進一步的測量。因此應(yīng)該確定一次新的校準確實是必需的。如果激光分析儀的讀數(shù)在推薦的濃度水平已表明低的范圍之內(nèi),偏離正常值小于2.5 % - 3 %,是不推薦進行校準的。對于激光氣體分析儀來說,這是一個典型的絕對精度。應(yīng)該考慮用于校準確認的氣體混合物的精度,對于O2激光氣體分析儀或CO激光分析儀,如果單元壓力和溫度值在儀器中被正確地設(shè)定,其偏離值不應(yīng)該超過0.2% vol。

遵循以下描述的步驟執(zhí)行激光(LaserGas)分析儀的確認和校準:

1. 在執(zhí)行確認和校準之前讓激光分析儀至少運轉(zhuǎn)1小時。
2. 如圖5所示,把發(fā)射單元和接收單元連接到測試單元,運行服務(wù)程序。
3. 確保光路長度參數(shù)被正確地設(shè)置,法蘭長度或濃度應(yīng)該被設(shè)定到零。檢查手動設(shè)置的溫度和壓力參數(shù)是正確的,或者氣體溫度和壓力的PLC 輸入?yún)?shù)是正確的。
4. 把校準氣體輸入到單元內(nèi)。一直等到系統(tǒng)達到穩(wěn)定水平。
5. 如果需要,執(zhí)行“全面”校準。
6.把新的激光分析儀的參數(shù)設(shè)置保存到一個文件。
7. 重新設(shè)置光路參數(shù)、壓力和溫度的參數(shù)。
8. 激光分析儀現(xiàn)在可以被安裝回到它的測量位置。


圖5 激光(LaserGas)分析儀的校準單元連接

九、激光氣體分析儀校準時所選的標定氣體濃度表(下表只供參考)

為了在使用所提供的0.712m長的標定單元時獲得較為適用的信噪比,推薦下列氣體濃度:

圖6 激光(LaserGas)分析儀標定氣體濃度參照表

Measured gas:測量氣體 Recommended concentration range:推薦濃度范圍

應(yīng)選用氮氣與上面任何一種氣體混合物,使其混合氣體中測量氣體含量(如:HF與N2混合后,在混合氣體中的HF含量為50ppm),達到以上指定數(shù)值的校準氣體混合物系統(tǒng),為的是避免條件下的測量結(jié)果接近飽和。不推薦太低的濃度,因為測量可能會受到噪音、單元和電子管中吸收和解吸收過程的影響。
在線水質(zhì)分析儀的安裝如何?

    在線水質(zhì)分析儀是用于檢測水體:COD,氨氮,總磷,總氮,總銅,總砷,六價鉻,總銀,余氯,濁度等參數(shù)的在線分析儀;

    設(shè)備采用國外進口先進技術(shù)及零部件,檢測及維護費用低;

    是污水,純凈水,工業(yè)用水,廢水處理、循環(huán)水、鍋爐水以及電子、電鍍、印染、化學(xué)、食品、制藥等制程領(lǐng)域,地表水及污染源排放等環(huán)境監(jiān)測遠程監(jiān)控系統(tǒng)檢測的。

    正確的安裝有利于儀器發(fā)揮可以檢測效果,以下是工程師對儀器安裝的幾點建議,僅供參考。

    1位置及管路:

    選擇與樣品源(排放口)盡可能近的位置安裝,距離≤15m,落差≤3m。

    為確保冬季取樣及排水正常,上下水管路應(yīng)具有防凍設(shè)施。

    市電220V1KW以上功率,單獨接地單元,接地電阻≤4Ω;避免大功率電器干擾。

    2.空間:

    面積≥10m2。

    3.環(huán)境:

    干燥、通風(fēng)且滿足設(shè)備運行環(huán)境溫度的室內(nèi),避免陽光直射;

    避免強電磁場干擾;

    避免強腐蝕性氣體。

    4其他:

    可以備有洗手池,以便維護時洗手用。

標簽: 在線水質(zhì)分析儀
在線水質(zhì)分析儀 在線水質(zhì)分析儀的安裝如何?_在線水質(zhì)分析儀
煙氣分析儀的應(yīng)用范圍

    煙氣分析儀是利用電化學(xué)傳感器連續(xù)分析測量CO2、CO、NOx、SO2等煙氣含量的設(shè)備。主要用于小型燃油、燃氣鍋爐污染排放或污染源附近的環(huán)境監(jiān)測手持使用。

    煙氣分析儀應(yīng)用范圍:

    1.天然氣、液化氣、煤氣泄漏檢測。

    2.市政燃氣管道泄漏。

    3.氣體快速分析或在線分析。

    4.天然氣管道泄漏監(jiān)測。

    5.污染源檢測。

    6.工業(yè)工藝現(xiàn)場分析。

    7.科學(xué)研究實驗室分析。

    煙氣分析儀使用須知:

    1、在使用前和使用后需要進行校準,在使用頻次較高的時候適當考慮安排期間核查。

    2、測量前要進行氣密性檢查;

    3、儀器開機時要在清潔空氣中,等儀器穩(wěn)定后再聯(lián)接煙氣取樣槍;

    4、儀器出現(xiàn)死機、停電等原因?qū)е聝x器重啟時,儀器可能會出現(xiàn)無法歸零,數(shù)據(jù)偏移等現(xiàn)象,應(yīng)現(xiàn)場用標氣重新標定后再進行測量,避免數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。

    5、儀器測量完成后,應(yīng)繼續(xù)在清潔空氣中保持運行5~10分鐘,否則會加速傳感器的損耗。

    6、定期更換濾芯及冷凝器過濾片,防止灰塵污染傳感器,影響數(shù)據(jù)精度。

    7、儀器工作時放置的位置要遠離熱源或熱輻射,因為傳感器工作有溫度要求(傳感器工作溫度22~25℃),在溫度過高的環(huán)境下可能使傳感器工作不正常。

    8、對于便攜式儀器每隔2~3周充電一次。

    9、對于高濃度煙氣含高濃度粉塵的氣體(比如電廠脫銷進出或除塵進口),測量煙氣時應(yīng)加裝過濾器過濾煙氣。

    10、對于低濃度煙氣測量時,應(yīng)有加溫(120°~140°)、除塵、抽濕等預(yù)處理設(shè)備。

標簽: 煙氣分析儀
煙氣分析儀 煙氣分析儀的應(yīng)用范圍_煙氣分析儀

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