激光分析儀在轉爐煤氣回收系統中的應用

王 力

（唐山不銹鋼有限責任公司,河北 唐山 063001）

0 前言

轉爐煤氣熱值低于焦爐煤氣但高于高爐煤氣，實際利用價值高，是較為優質的燃料資源，主要用于鍋爐發電、熱帶加熱爐、鋼包烘烤、中間包烘烤。由于中國鋼鐵企業煤氣的凈化、回收和利用技術發展緩慢，與發達國家相比存在很大差距，煤氣回收量、煤氣回收設備和技術均有待提高。

1 現狀

轉爐煤氣作為煉鋼過程中產生的重要二次能源，占整個轉爐工序能源回收總量的80%-90%。改造前，公司在用的轉爐煤氣分析儀為抽氣式，預處理系統及主機系統經常發生故障，造成氣體成份分析不準確，崗位工人只能通過實際操作經驗進行手動回收，以降低回收量確保氣柜安全運行。抽氣式分析儀主要由取樣系統、預處理系統、控制系統及主機系統構成，分析后的氣體通過排氣管排出。

2 轉爐煤氣回收工藝

公司轉爐煤氣回收采用自動回收工藝，具體為：轉爐降槍開吹后，經CO濃度達到設定值以上、O2含量降至1%安全線以下，水封逆止閥自動打開到位，三通換向閥至回收位，旁通閥關閉到位，此時正式開始回收煤氣；若02或CO含量不滿足設定要求，則立即打開旁通閥，三通換向閥至放散位，關閉水封逆止閥，進行放散。同時，放散煙囪上的點火裝置將放散煤氣自動點火燃燒。

3 新型激光分析系統構成

新型激光氣體分析系統由激光發射單元、激光接收單元、中央分析單元、保護氣系統、現場操作單元等構成。可同時進行氣體光譜分析、保護氣壓力調節、參數設定、數據傳輸等功能，最大限度簡化安裝和維護工作量，同時提高了系統穩定性。

4 新型激光分析儀工作流程

接通電源，打開、調試好保護氣并持續供應，保護氣可以有效地阻止粉塵顆粒物在激光發射和回收單元的視窗上聚積。激光發射單元發射出一定頻率激光束通過煤氣管道，激光接收傳感器接收到穿過煤氣管道衰減后的激光束，將接收信號反饋到中央分析單元，中央分析單元對反饋信號進行分析、處理，計算出管道內氣體CO、O2濃度，這些數據信息將在中控室監控電腦畫面中進行顯示，并進入煤氣回收設備控制系統作為設備控制參數。

5 激光分析儀應用情況

自安裝運行以來，由于去除了抽氣取樣環節，解決了取樣管堵塞的問題。并且從未發生任何儀器儀表故障，數據穩定準確、響應速度快（0.6S），能夠做到即使即收，大幅提高轉爐煤氣回收量。激光分析儀外部元器件均為不銹鋼材質，對環境要求低，適用于具有腐蝕性轉爐煤氣環境中，正常運行中無需檢修維護。

6 新舊分析儀對比（見右表）

7 效益情況

安全效益：抽氣式分析儀氣體從探頭通過抽氣泵抽取，進行除塵，除水，降溫等處理，然后進行分析，到數據的最終顯示約有30秒的滯后時間，激光分析儀是即時的，最大限度提高煤氣回收量并保證煤氣柜的安全運行。

經濟效益：基于激光分析儀，回收條件由“開吹后煤氣合格開始回收，轉爐提槍立即停止回收，轉為放散”調整為“開吹后煤氣合格開始回收，不合格立即停止回收，轉為放散”也就是增加轉爐至分析儀之間管道內的煤氣。公司轉爐煤氣回收管道直徑DN2000,長450m，每爐鋼多回收煤氣1413m3，噸鋼煤氣回收增加14.1m3/t。同時，采用激光分析儀后減少了因取樣管堵塞無法分析造成的煤氣放散損失和模塊損壞維修費用。

8 結論

新型激光氣體分析儀在公司轉爐生產中的成功應用，不僅提高了轉爐煤氣量、保證了轉爐煤氣柜的安全穩定運行，而且有效的穩定了生產節奏，具有安全和經濟雙重效益。

指標 激光分析儀 傳統在線光譜儀響應速度 原位光譜檢測，可實現毫秒級響應系統響應時間受樣氣傳輸、預處理時間制約，響應速度慢。安全性響應速度即時性，如果煤氣管道O2一旦超標，可以立即連鎖反應，對閥門或者其他設備進行自動化控制，從而避免了安全隱患的發生。滯后性大約30秒，當知道煤氣管道煤氣O2超標時，已經是30秒之后的事情了，安全隱患很難避免。經濟效益性采用抽樣式測量，所以儀表從氣體的抽取到數據的顯示，通常需要30秒的時間，那么此時氣體在管道里已經流過了500m左右的距離，這些煤氣不能回收將會產生很大的資源浪費。環境適應性 可在各類高溫、高壓、高流速、強腐蝕環境下進行實時檢測傳統儀表至少有30秒的滯后，激光分析儀的響應時間是0.6秒，即時即收，無滯后性。只能在恒溫、恒壓、干燥、無塵的環境下進行檢測測量方式 實時、連續的原位測量，無樣氣排放、安全無污染采樣預處理后進行的間斷測量，探頭反吹時無法測量，有樣氣排放污染問題準確性原位檢測氣體信息不失真，測量不受背景氣體、粉塵及溫度、壓力變化影響，高代表性的氣體線平均濃度測量。采樣系統的樣品在處理環節容易信息失真；數值僅為探頭局部位置濃度；環境變化嚴重影響測量的準確性預處理系統龐大復雜、含運動部件，儀表環境要求高，系統可靠性差標定維護 激光光譜分析，測量穩定，漂移小，只需半年標定一次可靠性系統集成度高、無運動部件，高可靠性核心器件確保系統高可靠性每月需要標定2-3次，需經常性維護運行費用 無易耗件，運行費用低 需較多備品備件，年維護費用為系統成本的15%-20%。