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聚光科技的氣體分析技術能夠準確可靠地測量各類工業氣體含量，為冶金行業提供完整的氣體分析解決方案，至今已經為國內各大鋼鐵企業提供了數千套氣體分析系統，以優秀的產品和服務贏得了行業的高度認可。
二、立體流程圖

 

 

高爐煤氣：co+o

焦爐煤氣：0

 

煤氣熱值分析系統

 

露點分析儀
 

安全檢測——安全監控系統

檢測分析這些氣體的含量，對優化生產、安全控制、能源回收、環保節能等具有非常重要的現實作用。

3.2. 轉爐煤氣回收中的應用

      轉爐煉鋼的特點是吞吐量大、周期短、冶煉強度高，轉爐生產中易產生大量煙氣，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、易爆的危險性氣體。也是一種很好的化工原料和工業生產能源。因此，對轉爐煤氣的凈化與回收是煉鋼中不可忽視的重要部分。過去對煉鋼所產生的氣體都采用直接放散，它不僅污染大氣，破壞了自然環境，還白白浪費了許多能源。實現轉爐煤氣最大限度回收，對降耗增效，減少大氣污染，節能環保有著巨大的經濟和社會效益。

      分析儀在其中測量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的檢測是保證回收到最有價值的煤氣，O2的檢測是避免煤氣中的氧氣含量過高導致在回收或使用中發生爆炸。

      這兩個測量點，采用維護方便，響應時間短的LDS 6和SITRANS SL激光分析儀是一個比較好的選擇。其IP6的防護等級，1區的防爆以及自動標定的功能完全可以滿足現場惡劣的工況，保證有效安全的回收煤氣。

      在鋼鐵行業的煤氣回收中，包括高爐煤氣、COREX爐煤氣、焦爐煤氣等，會對煤氣中H2S含量有一定的要求，分析儀在煤氣回收中還有一個應用點就是采用色譜分析儀測量煤氣中硫的含量。

3.2.1. 項目簡介

      天津天鐵冶金集團是天津市重點支持的大型企業集團，2006年新發布的中國企業500強中排名第152位，在中國制造業500強中排名第72位。現有年產生鐵350萬噸、鋼坯350萬噸、鋼材257萬噸的綜合生產能力，在國內外享有較高的知名度。近年來，天鐵集團與世界知名鋼鐵公司不斷開展合作，學習先進技術。在奧鋼聯參與的熱軋工程與工藝改建中，采用西門子LDS 6激光氣體分析儀，用于實時監測轉爐氣體中CO、CO2的含量，參與工藝控制；以及轉爐氣體回收中與安全相關的氧含量監測。

      由高爐煉鐵、氧氣轉爐煉鋼、最后經軋機軋制組成的“長流程”是當今鋼鐵行業的主要生產流程，超過三分之二的鋼材由長流程生產。鐵礦石經高爐煉制形成鐵水，在鐵水中包含大量的碳和雜質（如硫、磷等），為了得到高質量的鋼材，鐵水必須進一步處理，去除碳和雜質。氧氣轉爐（BOF）是普遍的煉鋼設備，將鐵水注入轉爐，由水冷噴頭向轉爐內吹入高壓氧氣。吹入的氧與鐵水中的碳經過氧化結合生成CO和CO2，并以爐氣的形式與鐵水脫離、排放。整個轉爐煉鋼的工藝流程約15至20分鐘。爐氣中的CO和CO2可以作為反映轉爐工作狀態的參數組，通過監測爐氣中CO、CO2的含量，可以提高轉爐的工作效率。LDS6的快速響應能夠精確地確定整個工藝的結束時間，節約大量的氧氣與能量，優化整個流程。

      轉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意防爆安全。測量快速、準確、無干擾是LDS 6原位式激光氣體分析儀的特點之一，使用LDS 6監測轉爐回收煤氣中的氧含量可以增強安全性。

圖2 西門子分析儀在煉鋼上的應用

3.2.2. 系統構成

      LDS6激光氣體分析儀采用原位測量（in-situ）方式，無需采樣與樣氣處理系統，直接在安裝點完成分析。整個系統由中央處理單元、發射探頭、接收探頭與復合光纜組成。激光光源位于中央處理單元中，所發激光由光纜傳至發射探頭，激光穿過被測氣體后接收探頭檢測。檢測信號傳回中央處理單元進行處理、分析與顯示。中央處理單元還承擔人機工作界面和輸入輸出的功能。LDS6的發射探頭與接收探頭直接安裝于現場分析管線的兩側（見圖3）。兩者均采用模塊化設計，絕大多數硬件可以互換。天鐵轉爐氣體監測項目采用兩套LDS6設備，分別在電除塵后監測轉爐煤氣中的CO、CO2，和O2。前者用于轉爐工藝的優化與控制后者出于煤氣回收安全目的。

      兩套LDS6用于CO、CO2，以及O2的測量西門子LDS6激光分析儀選擇使用光纜傳輸信號，可以利用光纜的模式選擇進一步確保信號“純凈”，提高測量系統的抗電磁干擾能力、惡劣環境的適應能力。同時，中央處理單元利用復合光纜內集成的雙絞線完成對探頭的供電，無需現場再對探頭提供電源。光纜外部的保護層使得其滿足工業現場的使用要求。

圖3激光分析儀LDS6在煉鋼上的應用

3.2.3. 系統完成的功能

      由鐵礦石煉鋼需經過高爐煉鐵與轉爐煉鋼兩步，鐵礦石由高爐熔成鐵水，因為鐵水里含有氧、硫、磷等雜質，需要進一步去除。煉鋼的過程就是脫碳（脫氣）、去硫去磷，以及后期脫氧和升溫的過程。最常用的煉鋼設備就是氧氣頂吹轉爐。氧氣由水冷噴頭吹入，鐵水中的碳在反應區直接氧化成CO氣泡，在碳低時是由于部分碳反應生成CO2。轉爐氣體中含有大量的CO，少量CO2及微量的其他成分高溫氣體。氣體分析儀在轉爐氣體的分析中主要監測CO和CO2，它們的含量以及變化趨勢可以作為重要信息直接反饋：（1）轉爐脫碳的工藝進程與結束時間；（2）鋼水的溫度等信息；（3）造渣過程的情況。由于整個轉爐煉鋼過程只有15－20分鐘，要求分析儀表除卻準確的分析結果，更要具有快速的響應時間。否則對于整個工藝的控制與優化沒有實際意義。

      轉爐氣體中含有大量的可燃成分，可以回收進行再次利用，在回收過程中須注意防爆。如果煤氣中的氧含量過高，易使氣體超過爆炸下限，對設備及人員安全十分不得，必須在煤氣回收過程中時刻監測其中的氧含量，一旦超過某一設定值，必須迅速采取措施，以防事故發生。對于煤氣中的氧含量監測也必須達到準確、快速的要求，既可以在生產安全的前提下盡可能多地回收氣體，又能在危情發生之際迅速報警，避免人員物力的損失。

      在天鐵的轉爐煤氣監測、回收的應用中，分析儀的安裝選點位于電除塵之后，分析轉爐氣體的CO、CO2和O2的含量。CO、CO2的含量用于反映轉爐的脫碳信息。CO、02的含量用于煤氣回收的判別依據，分析結果控制一個三閥組。

      為了有效、安全地回收轉爐煤氣，在煤氣柜前安裝了三閥組，可以控制煤氣的回收或放散。判斷的依據有三點：（1）O2含量低于2%。過多的氧氣會使煤氣柜內氣體接近爆炸下限，使整個氣柜乃至廠區處于非常危險的境地，必須嚴格控制回收氣體內的氧氣含量，一旦高于2%，三閥組將氣體放散。（2）CO含量大于35%。回收轉爐煤氣是為了利用其中大量的可燃成分（主要是CO），分析CO的含量，可以確保回收高質量的氣體作為二次能源。（3）氣柜內仍有空間存放煤氣。對于整個煤氣的回收控制，O2、CO的分析結果至關重要，必須滿足準確、快速的要求，這不僅是從工藝控制優化的角度出發，更關系到安全生產。

      LDS6原位式激光氣體分析儀直接在待測管線分析，無需采樣、樣氣輸送，預處理系統等，響應速度可達1秒。圖4為傳統抽取式紅外分析儀與LDS6激光氣體分析儀的分析結果對比圖。從圖中不難發現：（1）LDS6響應速度遠優于抽取式分析儀，數十秒鐘的差異對于整個工藝過程（15－20分鐘）有著天壤之別。（2）LDS6的結果更能體現工藝過程中氣體含量變化的細節。LDS6激光氣體分析儀是激光分析儀典型的線測量儀表，激光束所穿過區域內的氣體均參與分析。與傳統抽取式分析的點采樣方式更能反映待測成分的真正濃度。LDS6基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectros Copy，可調諧二級管激光吸收譜）技術，以譜吸收原理為基本，實現快速的高精檢測。激光區別于普通光源的最重要特性之一是它良好的單色性能。單色性能越好，光源的頻譜線寬越窄。因為激光卓越的單色性能，激光吸收譜又被稱為單線吸收譜。從根本上排除了傳統氣體吸收譜技術測量某一氣體成分時受到氣體中其它成分吸收譜干擾的可能，更能反映待側成分的實際含量及微小變化。

      同樣，快速的響應與更能反映待側成分真實濃度的線測量方式對轉爐氣體回收中氧含量的監測也具有重要意義。

圖4 激光分析儀與傳統分析儀響應時間的比較

      LDS6分析儀內置了標定單元，將分析儀器常需的人工外部標定工作內置在分析儀內部，由分析儀自動在每個測量周期都執行一次標定和校準工作。此功能設計從根本上減輕了LDS6的維護工作量，也確保LDS6每時每刻均被校準與糾正，提高分析儀的測量精度。傳統的人工標定是一個周期性的工作（例如：每三個月標定一次），只有在每次標定時，使用者才可以確認儀表的偏差情況。在標定的間隙，使用者對于儀表的偏差情況根本無從考證，這對于痕量分析而言，誤差可能是巨大的。LDS6每個測量周期都在自我校準，每秒鐘進行數十次。可以確保每個測量數據都是“真實的”。每個歷史數據均可被放心用于性能對比研究，無需擔心儀表漂移等帶來的影響。LDS6的內置參比池自標定技術已獲得德國TUV、美國EPA等權威機構的認可。準確無漂的分析值對于轉爐氣體實時監測CO、CO2含量，以及O2含量監測等涉及工藝優化控制、安全監控等應用意義重大。

      西門子LDS6激光分析儀采用了自動增益控制（AGC）技術，可對粉塵進行動態補償，亦可適用于氣體組分劇烈變化的應用。無論是粉塵含量變化還是氣體組變化，或是探頭對準度發生一定偏差的情況下，AGC技術都可以自動根據接收的信號強度控制增益，使得中央處理單元接收到的信號經光纜傳輸后不至失真，為進一步信號處理提供足夠強度的信號。在轉爐氣體實時監測過程中，CO、CO2的含量隨著脫碳進程而不斷快速、劇烈變化，AGC技術可以確保LDS6激光氣體分析儀可以安全適應整個轉爐脫碳過程以及轉爐煤氣回收的分析要求。

3.2.4. 項目運行

      兩套LDS6系統于2007年4月調試投運，總體運行情況良好。在運行初期曾出現吹掃效果不佳的現象，經過對探頭吹掃管改進，問題已得到妥善解決。LDS6的測量分析結果準確，響應快速。

3.2.5. 應用體會

      相比于傳統的抽取式分析儀，原位測量的分析分析儀LDS6響應快速，測量準確。十分適合轉爐氣體監測和煤氣含氧量監測等對分析儀響應時間有高要求的應用。

傳統的抽取式紅外分析儀受到采樣，傳輸以及預處理的時間限制，整個系統的分析周期遠比原位式激光分析儀長。在類似天鐵轉爐氣體監測、回收的應用中，要求系統的分析周期小于20秒，這就判定了抽取式分析儀必須就近安裝，也意味著現場必須考慮土建、公用工程等諸多方面的因素，從工程角度上增加了施工量與成本。而LDS6激光分析儀探頭在現場直接安裝，只需考慮探頭采用氮氣吹掃以保護透光鏡片、減少維護量，其余方面并無更多要求，簡化現場的施工及成本要求。

引用LDS6的分析結果參與工藝優化和控制，可起到提高效率，降低成本，增加安全性等一系列作用，使用戶得到切實的利益。

圖5西門子激光分析儀在焦爐煤氣上的應用