轉(zhuǎn)爐煤氣SITRANS SL原位激光分析儀

一、我國(guó)轉(zhuǎn)爐冶煉行業(yè)的現(xiàn)狀

    鋼鐵行業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，占有*的地位。作為制造業(yè)中心，中國(guó)的工業(yè)化發(fā)展的潛力很大，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，會(huì)為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。而今，中國(guó)的鋼鐵行業(yè)正經(jīng)歷著兼并重組，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的過(guò)程。鋼鐵行業(yè)健康穩(wěn)步的發(fā)展，關(guān)系重大。

    鋼鐵的冶煉過(guò)程實(shí)質(zhì)上是原材料、燃料和成品的流轉(zhuǎn)過(guò)程，在流轉(zhuǎn)中伴隨著大量氣體產(chǎn)生，而在線檢測(cè)分析這些過(guò)程氣體是冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制、安全和環(huán)保監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)之一。西門子公司是中國(guó)鋼鐵工業(yè)的合作伙伴，一直致力于推動(dòng)中國(guó)鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提高。西門子分析儀器能夠應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)中的煉鋼、煉鐵及燒結(jié)等各個(gè)裝置，對(duì)降低能源消耗、保證生產(chǎn)安全等起著十分重要的作用，還對(duì)鋼鐵企業(yè)增大產(chǎn)能，提高產(chǎn)品質(zhì)量有積極的效果。

二、轉(zhuǎn)爐冶煉為什么要安裝SITRANS SL原位激光分析儀

    轉(zhuǎn)爐煉鋼的特點(diǎn)是吞吐量大、周期短、冶煉強(qiáng)度高，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中易產(chǎn)生大量煙氣，其主要成分是煤氣，其中CO約占60％～70％．它是一種有毒、有害、易燃、易爆的危險(xiǎn)性氣體．也是一種很好的化工原料和工業(yè)生產(chǎn)能源。因此，對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化與回收是煉鋼中不可忽視的重要部分。過(guò)去對(duì)煉鋼所產(chǎn)生的氣體都采用直接放散，它不僅污染大氣，破壞了自然環(huán)境，還浪費(fèi)了許多能源。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣限度回收，對(duì)降耗增效，減少大氣污染，節(jié)能環(huán)保有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

    分析儀在其中測(cè)量CO/CO2和O2的值，分別在二次除塵后，煙道排放前以及氣柜出口，電除塵前的位置。CO/CO2的檢測(cè)是保證回收到價(jià)值的煤氣，O2的檢測(cè)是避免煤氣中的氧氣含量過(guò)高導(dǎo)致在回收或使用中發(fā)生爆炸。

    這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，采用維護(hù)方便，響應(yīng)時(shí)間短的SITRANS SL是一個(gè)比較好的選擇。其IP65的防護(hù)等級(jí)，1區(qū)的防爆設(shè)計(jì)以及自動(dòng)標(biāo)定的功能可以滿足現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工況，保證有效安全的回收煤氣。

    在鋼鐵行業(yè)的煤氣回收中，包括高爐煤氣、COREX爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等，會(huì)對(duì)煤氣中H2S的含量有一定的要求，分析儀在煤氣回收中還有一個(gè)應(yīng)用電就是采用色譜分析儀測(cè)量煤氣中硫的含量。

三、選擇西門子SITRANS SL 原位激光分析儀的關(guān)鍵性

    由高爐煉鐵、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、最后經(jīng)軋機(jī)軋制組成的“長(zhǎng)流程"是當(dāng)今鋼鐵行業(yè)的主要生產(chǎn)流程，超過(guò)三分之二的鋼材由長(zhǎng)流程生產(chǎn)。鐵礦石經(jīng)高爐煉制形成鐵水，在鐵水中包含大量的碳和雜質(zhì)（如硫、磷等），為了得到高質(zhì)量的鋼材，鐵水必須經(jīng)進(jìn)一步處理，去除碳和雜質(zhì)。氧氣轉(zhuǎn)爐（BOF）是普遍的煉鋼設(shè)備，將鐵水注入轉(zhuǎn)爐，由水冷噴頭向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓氧氣。吹入的氧與鐵水中的碳經(jīng)過(guò)氧化結(jié)合生成CO和CO2，并以爐氣的形式與鐵水脫離、排放。整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝流程約15至20分鐘。爐氣中的CO 和CO2 可以作為反映轉(zhuǎn)爐工作狀態(tài)的參數(shù)組，通過(guò)監(jiān)測(cè)爐氣中CO、CO2的含量，可以提高轉(zhuǎn)爐的工作效率。SITRANS SL 原位激光分析儀的快速相應(yīng)能夠精確地確定整個(gè)工藝的結(jié)束時(shí)間，節(jié)約大量的氧氣與能量，優(yōu)化整個(gè)流程。轉(zhuǎn)爐氣體中含有大量的CO，可以作為可燃煤氣回收，此類高CO氣體的回收處理需特別注重防爆安全。測(cè)量快速、準(zhǔn)確、無(wú)干擾是SITRANS SL原位激光分析儀的特點(diǎn)之一，使用SITRANS SL 原位激光分析儀監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)爐回收煤氣中的氧含量可以增強(qiáng)安全性。

四、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀正確的選擇

  1、SITRANS SL 原位激光分析儀產(chǎn)品簡(jiǎn)介

    SITRANS SL是一款借助不同氣體組份特定光吸收的測(cè)量原理的二極管激光氣體分析儀。SITRANS SL適合于過(guò)程或燃料氣體中的氣體濃度的快速和非接觸測(cè)量。傳感器(發(fā)射器和接收器) 只需直接安裝在監(jiān)測(cè)的工藝氣體管道上，無(wú)需采樣系統(tǒng)。處理測(cè)量信號(hào)為一個(gè)濃度值、監(jiān)控、控制和通訊服務(wù)的硬件都被集成于這兩個(gè)主要的模塊中。該傳感器是為嚴(yán)厲環(huán)境條件下的操作而設(shè)計(jì)的。激光從變速器被發(fā)送，穿過(guò)過(guò)程氣體，到達(dá)接收器端上的檢測(cè)器。測(cè)量是通過(guò)借助一個(gè)非常短的響應(yīng)時(shí)間而在線地執(zhí)行的，允許過(guò)程控制中快速和有效的成本節(jié)省。激光的本質(zhì)特性決定了單一的光譜可以不受干擾。由于激光的帶寬特別窄，只有吸收光譜與之相吻合的氣體組分才能夠有（吸收）反應(yīng)。由于激光技術(shù)所固有的優(yōu)秀補(bǔ)償能力，所以來(lái)自其它方面的干擾，例如灰塵和溫度，就可很容易地被去除。在線的內(nèi)置參比池充滿了無(wú)干擾參比氣體，是已存在的西門子TDL（可調(diào)諧二極管激光）技術(shù)優(yōu)勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)需人為自標(biāo)定而且維修要求低。

 2、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀的理由

       我國(guó)目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器是利用高壓靜電作用下產(chǎn)生正負(fù)極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過(guò)電捕焦油器時(shí)，由于受到高壓電場(chǎng)的作用被捕集下來(lái)。由于煤氣易燃易爆，如果煤氣中混有氧氣，當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸極就會(huì)發(fā)生爆炸。因此氧含量的控制至關(guān)重要。而對(duì)O2濃度的在線檢測(cè)主要采用傳統(tǒng)的抽取式氣體分析儀。這一技術(shù)對(duì)氣體潔凈度的要求十分苛刻，而氣體檢測(cè)采樣過(guò)程當(dāng)中的粉塵、焦油和液滴等其它雜質(zhì)，很容易污染分析儀內(nèi)部元器件，造成采樣分析錯(cuò)誤。在實(shí)際應(yīng)用中, 需要通過(guò)蒸汽引射探頭取樣、多級(jí)除塵、除硫、除萘、除焦油、除酸霧、除水等、增壓穩(wěn)壓、穩(wěn)流、快速回路、伴熱保溫等樣品處理方式來(lái)完成氣體潔凈度的要求，確保所使用的磁氧分析儀能夠準(zhǔn)確分析及長(zhǎng)期使用。

       由此可見，抽取式氣體分析儀依賴于氣體的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)。如果一旦氣體的采樣和預(yù)處理達(dá)不到分析儀的要求，儀器就會(huì)處于癱瘓狀態(tài)，同時(shí)要求日常維護(hù)工作量與維護(hù)的投入較大。整個(gè)分析過(guò)程的采樣管線及預(yù)處理和分析儀之間距離較長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，分析反應(yīng)遲滯,不能很好地滿足工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)控制的要求。

                   焦?fàn)t煤氣電捕焦油器典型工況

 3、激光氣體分析儀測(cè)量原理及SITRANS SL型激光分析儀的特點(diǎn)

       由于各物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分子的能級(jí)也千差萬(wàn)別，各能級(jí)之間的間隔也互不相同，這就決定了它們選擇性地吸收不同波長(zhǎng)的光線。

       激光分析儀正是依據(jù)分子的特征吸收譜，以比爾-朗波特定律為理論基礎(chǔ)，充分發(fā)揮激光的單色性、方向性與高亮度等特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)某種特定氣體進(jìn)行濃度分析。如果已知某種氣體成分的特征吸收波長(zhǎng)和吸收常數(shù)，利用激光光源的強(qiáng)單色性，使波長(zhǎng)正好等于該成分吸收波長(zhǎng)的光透過(guò)氣體，檢測(cè)并分析得到光的吸收強(qiáng)度，結(jié)合激光在氣體中的傳播路徑，就能得到待測(cè)成分的濃度。測(cè)量原理示意如圖1所示：

     圖1 激光氣體分析儀測(cè)量原理示意圖與傳統(tǒng)氣體分析儀相比較，西門子的SITRANSSL 型激光氣體分析儀有如下優(yōu)點(diǎn):

（1）為提高測(cè)量靈敏性，減少其它氣體分子的干擾,儀器采用了波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)：將激光束的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)成被測(cè)氣體分子所吸收的特定波長(zhǎng), 其它氣體分子對(duì)激光束不再產(chǎn)生吸收，解決了背景氣體的交叉干擾問(wèn)題。

（2）“二次諧波處理"方法和“自動(dòng)增益控制"技術(shù)專用于濾除粉塵影響及粉塵動(dòng)態(tài)變化的情況。激光分析儀接收到的信號(hào)弱于發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，這是粉塵阻擋與氣體吸收共同作用的結(jié)果。粉塵對(duì)信號(hào)的影響是遮擋，信號(hào)強(qiáng)度在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)均有減弱，而氣體分子是有選擇性地吸收，可以理解為是某個(gè)頻率的函數(shù)。“二次諧波處理"是將信號(hào)以數(shù)學(xué)級(jí)數(shù)的方式展開，只針對(duì)展開式的二次諧波信號(hào)進(jìn)行分析，這樣就可以確保消除粉塵等干擾信號(hào)，將粉塵等影響去除。“自動(dòng)增益控制"是一項(xiàng)智能控制技術(shù)，根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)增益值，特別是當(dāng)粉塵含量動(dòng)態(tài)變化時(shí)，縱然原始接收信號(hào)的幅度變化劇烈，經(jīng)自動(dòng)增益處理后，總能限制在某一適當(dāng)?shù)姆确秶炔贿^(guò)于微弱，也不會(huì)產(chǎn)生飽和失真的狀況。正是由于采用“二次諧波處理"技術(shù)，不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)“自動(dòng)增益控制"調(diào)控幅度而影響分析的準(zhǔn)確性，兩者相輔相成。

(3)分析儀器帶自動(dòng)標(biāo)定功能。通過(guò)在光路上增加氧同位素模塊，使得儀器在每個(gè)分析周期都可以使用同位素的頻譜進(jìn)行自我標(biāo)定，確保儀器的零點(diǎn)和量程沒有漂移，具備長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。

(4)無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，具有現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

(5)激光分析儀具備ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85 ?C認(rèn)證，適用于更多的危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)用。

 4、SITRANS SL 原位激光分析儀應(yīng)用

          為了能夠使激光氣體分析儀準(zhǔn)確而又有效的應(yīng)用于電捕焦油器出口的氧含量檢測(cè)這一特殊情況，基于激光氣體分析儀的工作原理及電捕焦油器出口的現(xiàn)狀，我們選擇了SIEMENS SITRANS SL激光分析儀及與其配套的安裝吹掃方式。

1）、激光氣體分析儀主要由帶吹掃單元的發(fā)射裝置、帶吹掃單元的接收裝置及處理單

    元構(gòu)成工作原理，如圖所顯示。

2）、激光氣體分析儀測(cè)量示意圖

   其原理是：發(fā)射裝置和接受裝置通過(guò)法蘭安裝在現(xiàn)場(chǎng)的氣體管道的兩側(cè),發(fā)射裝置發(fā)出的紅外激光發(fā)射到氣體管道另一側(cè)的接收裝置上,由于管道內(nèi)被測(cè)氣體分子對(duì)激光束進(jìn)行單線光譜吸收,導(dǎo)致激光某一吸收譜線的光能量發(fā)生改變，光能量變化情況與被測(cè)氣體含量成對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)光能量變化情況就可以得出被測(cè)氣體的濃度。

3）、現(xiàn)場(chǎng)使用情況

    如圖所示，我們優(yōu)化了安裝方式，通過(guò)特制的一體化吹掃管光程系統(tǒng)，避免了焦油、粉塵對(duì)光窗的污染，保證了儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)特制的吹掃氣控制系統(tǒng)，確保了吹掃氣的可選擇范圍更大，對(duì)吹掃氣的質(zhì)量、流量及壓力做到更穩(wěn)定的控制。

              激光氣體分析儀吹掃單元及安裝示意圖

4）、主要特點(diǎn)

(1)原位安裝，無(wú)需樣品維護(hù)的成本及不確定性；

(2)實(shí)時(shí)測(cè)量分析，響應(yīng)時(shí)間快，不存在滯后時(shí)間，確保用戶設(shè)備的使用安全；

(3)吹掃氣的吹掃，確保工藝中的水分、粉塵、焦油等有害物質(zhì)污染光窗；

(4)測(cè)量靈敏性高，受其它氣體分子的交叉干擾小；

(5)采用二次諧波技術(shù)，防止粉塵對(duì)測(cè)量的干擾；

(6)緊湊型的設(shè)計(jì)，確保其穩(wěn)固耐用；

(7)內(nèi)置參比池的設(shè)計(jì)，可自動(dòng)標(biāo)定，確保其測(cè)量穩(wěn)定；

(8)自動(dòng)增益控制，做到了動(dòng)態(tài)煙塵補(bǔ)償，避免了因工藝粉塵變化影響透光率；

5、SITRANS SL 原位激光分析儀圖片展示

      1）設(shè)備圖