多種煤氣成分分析技術(shù)在加熱爐燃燒控制中的應(yīng)用

    加熱爐是軋鋼生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，要使其氧化燒損率低，加熱工序能耗低，就必須對(duì)加熱爐進(jìn)行燃燒控制。而加熱爐燃?xì)饨橘|(zhì)的熱值，則是直接關(guān)系加熱質(zhì)量及工序消耗的重要參數(shù)。

    現(xiàn)以萊鋼集團(tuán)的寬厚板生產(chǎn)線加熱爐為例，其加熱爐使用的燃料為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣及轉(zhuǎn)爐煤氣的混合煤氣，存在煤氣成分及熱值波動(dòng)較大、較頻繁的情況，而且無準(zhǔn)確的熱值參數(shù)等問題，給加熱爐燃燒控制帶來很大的困難，直接影響板坯加熱質(zhì)量及氧化燒損率，導(dǎo)致煤氣消耗指標(biāo)居高不下。

    因此，加熱爐燃?xì)饨橘|(zhì)的熱值是直接關(guān)系加熱質(zhì)量及工序消耗的重要參數(shù)。目前，通用的熱值測(cè)試方法有人工分析方式和燃燒熱值儀兩種。

    人工分析方式

   人工分析方式是奧氏氣體分析儀進(jìn)行煤氣成分分析。全分析項(xiàng)為CO₂、C_nH_m，O₂、CO、CH₄、H₂和N₂，前4項(xiàng)用吸收法測(cè)定，CH₄、H₂用燃燒法測(cè)定，剩余氣體視為N₂的體積。zui后通過經(jīng)驗(yàn)公式Q=K1*V（CO）+K2*（H₂）+K3*V（CH₄）算的煤氣熱值（其中K1、K2、K3為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）。

    這樣化驗(yàn)過程就產(chǎn)生了人工取樣誤差、時(shí)間滯后操作誤差、人工讀數(shù)視覺誤差和人工計(jì)算誤差等。其次分析取樣間隔是2h甚至更長(zhǎng)，無法滿足加熱爐在線燃燒控制實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的需求。

    燃燒熱值儀

    燃燒法熱值儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣熱值的連續(xù)自動(dòng)分析，但使用維護(hù)要求較高，成本相對(duì)昂貴，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一下問題：

   （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)處理裝置中的減壓閥和精過濾器堵塞），進(jìn)氣壓力過低，zui終導(dǎo)致分析值較低，甚至造成熄火，分析終止；

   （2）另外煤氣中的濕度較大時(shí)，分過程中容易會(huì)在管道內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致管路堵塞，嚴(yán)重影響分析；

   （3）熱值儀測(cè)量值有少許滯后，往往與計(jì)算值相差1MJ左右，導(dǎo)致熱值波動(dòng)較大時(shí)燃燒控制不能及時(shí)提前響應(yīng)控制。

   （4）熱值分析室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的廢氣充斥在整個(gè)分析室，沒有缺的有效排放，影響分析時(shí)熱平衡，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量產(chǎn)生誤差。

    紅外煤氣分析儀

    紅外煤氣分析儀則克服了人工分析方法及燃燒法熱值儀的使用弊端，其采用紅外傳感器測(cè)量煤氣成分中的CO、CO₂、CH₄、C_nH_m的濃度，使用熱導(dǎo)傳感器測(cè)量H₂的濃度，使用電化學(xué)傳感器測(cè)量O2濃度，同時(shí)根據(jù)測(cè)量成分的濃度，計(jì)算得到煤氣的理論熱值。混合煤氣熱值的計(jì)算方法如下：

Q=126[CO]+108[H₂)+359[CH₄]+652[C_nH_m] MJ/m³

    式中：[CO]、[H₂]、[CH₄]、[C_nH_m]分別代表氣體中可燃?xì)獬煞值捏w積濃度。

    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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，避免了人工誤差；同時(shí)預(yù)處理系統(tǒng)和儀器相對(duì)燃燒法熱值儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便的特點(diǎn)，更加適合加熱爐燃燒系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線的分析要求。

    在線紅外煤氣分析儀還設(shè)有數(shù)據(jù)傳輸接口，可通過RS-232 或RS-485、4-20mA 輸出接口傳輸?shù)缴霞?jí)加熱爐集中控制系統(tǒng)。這便為加熱爐燃燒系統(tǒng)控制提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控參數(shù)和自動(dòng)控制設(shè)定參數(shù)。

    使用煤氣分析儀后對(duì)燃燒控制的優(yōu)化的前景

    紅外煤氣分析儀在萊鋼寬厚板加熱爐使用后，可根據(jù)煤氣成分及熱值指導(dǎo)操作人員調(diào)節(jié)各燒嘴及各溫度控制分區(qū)的空燃比、長(zhǎng)短火焰控制，可大幅提高爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性，提高燃料的燃燒效率這對(duì)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)線的綜合效益的提升具有顯著意義。同時(shí)，各燒嘴及分區(qū)的空燃比的控制也可降低NO_X等污染物的生成量，符合現(xiàn)下節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)的實(shí)際要求。

來源：公眾號(hào)@工業(yè)過程氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)務(wù)必注明來源！