氣體分析儀滯后特性對轉爐煤氣回收率及安全性的影響

林永輝，黃麗萍

(武漢鋼鐵股份有限公司能源總廠，湖北武漢430080)

氣體分析儀滯后特性對轉爐煤氣回收率及安全性的影響

林永輝，黃麗萍

(武漢鋼鐵股份有限公司能源總廠，湖北武漢430080)

在分析了氣體分析儀的滯后特性的基礎上，針對轉爐煤氣回收參數、轉爐煤氣回收安全性提出了一些改進措施。

轉爐煤氣回收；氣體分析儀；滯后性；參數設置；氧高控制

1 引言

轉爐煤氣作為轉爐煉鋼過程中的副產氣體，其組分在冶煉過程中是不斷發生變化的，只有其組分滿足要求時才能進行回收，回收不合格的轉爐煤氣不僅對煤氣品質有影響，還會危及到回收的安全性。氣體在線分析儀正是為了滿足上述要求而設置的，國內鋼廠目前普遍采用的是CO及O2在線分析儀，CO及O2含量大小也成為回收的必要的條件。

2 在線分析儀的滯后特性分析

武鋼現有5個煉鋼廠，在各自的轉爐煤氣回收系統中均設置了在線氣體分析儀，用于監控回收過程中的氣體成分變化，以確保回收合格煤氣及回收過程的安全，分析儀設置在每個煉鋼廠的鼓風機與三通閥之間，與其他鋼廠一樣，均只分析CO及O2含量，同時為了進一步提高回收的安全性，在煤氣柜的柜前管道上還設置了單一的O2含量分析儀，兩者均采用的同一類型的抽氣式分析儀，其采樣、分析流程見圖1。

由圖1可以看出，在氣體分析儀工作時，回收管道中的轉爐煤氣需通過取樣頭被抽氣泵輸送至分析儀內進行分析，分析結果再轉換為4～20 mA電流信號傳輸至控制室。考慮到電流信號的傳輸時間可以忽略不計，得到管道內氣體組分結果的滯后性主要取決于煤氣在取樣管道內停留時間（A-B-C）和分析儀的反應時間。取樣管道內的停留時間取決于煤氣在取樣管道內的流速，流速又取決于抽氣泵抽氣能力的大小和取樣管的管徑，在確保取樣管道內正壓的前提下，盡量選擇抽氣能力較大的抽氣泵和管徑較小的取樣管道。分析儀的反應時間取決于設備自身的靈敏性，為提高分析儀的靈敏性，在采購設備時應對廠家提出相關要求。

圖1 氣體分析儀采樣、分析流程

3 分析儀滯后帶來的影響

3.1 不能完全回收前期合格煤氣

在轉爐冶煉過程中，轉爐煤氣中的CO及O2含量呈現規律性變化，在吹煉前期，轉爐煙罩內氧含量會急速下降至1%以下，甚至更低，CO含量則隨著吹煉時間以一定速度上升至50%～80%之間，并維持至冶煉后期。

圖2 回收過程中CO、O2趨勢變化

武鋼現有5個轉爐煤氣回收系統，均把CO含量、O2含量作為允許回收的條件之一，其中CO含量要求大于30%或35%，O2含量要求小于2%。通過前面對氣體分析儀滯后特性的分析可知，當管道內通過的轉爐煤氣中CO＞30%，O2＜2%時，氣體分析儀無法同時檢測出該結果，這就造成了在分析儀滯后時間內的合格煤氣無法進行回收，根據現場實際檢測，分析儀滯后時間在1～2 min之間，也就是說回收前期有1～2 min的合格煤氣被放散，目前自動化煉鋼在一個冶煉周期內回收時間僅為9 min左右，提高1 min的回收時間就意味著回收量可以提高10%以上，這對于提高轉爐煤氣回收率和降低企業成本的好處是不言而喻的。

3.2 滯后性影響回收后期的安全

煤氣中氧高是轉爐煤氣回收過程中最常見的異常之一，也是影響回收安全最常見的問題，為確保回收的安全，煉鋼廠一般在風機出口、三通閥前會設置在線氧含量檢測儀。

由圖2可以看出，在轉爐冶煉的后期，CO含量會急速下降，O2含量則快速上升。因在線分析儀存在滯后性，當在線分析儀檢測到不合格煤氣時，管道中的不合格煤氣早已通過三通閥送往煤氣柜，分析儀滯后性是造成氧高的主要原因之一，其滯后時間長短直接影響到回收過程安全性的高低。

在實際控制過程中，一般還會設置一個回收結束時間來確保回收安全，但因回收結束時間的設置沒有統一的標準，也沒有統一的計算依據，主要靠個人經驗確定，同樣不能完全確保回收的安全性。

4 消除分析儀滯后性影響的措施

4.1 選擇合適的分析儀及取樣管長度

為縮短氣體分析儀滯后時間，應從設備采購和取樣管設置兩方面進行考慮。一是在成本允許的范圍內應盡量選擇反應時間更快的分析儀。二是在現場條件允許的情況下，應盡量縮短取樣管的長度，以減少抽氣時間（圖1中A-C）。

4.2 加強儀表維護，監測滯后時間

分析儀的反應時間在設備安裝之后不會再有大的變化，但抽氣時間會隨著煤氣取樣頭的堵塞情況而發生變化，取樣頭堵塞情況在煤氣質量沒有太大變化的情況下，主要隨使用時間增加而加重，為確保分析儀滯后時間在可接受的范圍內，應定期更換或清洗取樣頭。取樣頭更換或清洗周期可以通過滯后時間的變化來確定，滯后時間可以通過冶煉節點（降罩等）對應的爐內煤氣成分變化到檢測儀檢測到該趨勢的間隔時間來確定，當滯后時間達到所能接受的最大滯后時間時，就應安排對取樣頭進行更換或清掃。

4.3 合理設置回收參數

一般煉鋼廠在設置回收參數時，CO及O2的允許回收含量和停止回收含量為同一個值，但通過上述分析可知，由于分析儀滯后特性的存在，在設置允許回收條件時，CO含量應設置偏低一些，O2含量應按偏高一些設置，以抵消分析儀滯后性，提高煤氣回收率；在設置停止回收條件時，CO含量應設置偏高一些，O2含量應設置偏低一些，以提高煤氣回收的安全性。

在實際設置參數時，為了可以把同一信號源的不同信號作為允許回收條件和停止回收的條件進行區分，可以通過并列額外條件或利用PLC的狀態捕捉功能來實現，例如在允許回收時可以直接把CO及O2含量作為條件，在停止回收時，用處于回收狀態加上CO及O2含量作為停止條件。PLC的狀態捕捉功能即只捕捉開動作或合動作作為停止回收條件。

4.4 合理設定分析儀工作時間

煉鋼廠風機后的分析儀一般為單通道，分析儀為間斷工作模式，在分析儀停止工作的時間內需要對取樣頭進行氮氣反吹，以減緩取樣頭的堵塞情況。在煉鋼廠實際設置時，一般以開始吹煉作為分析儀開始工作時間，停止回收作為分析儀停止工作信號，這種設置方式沒有充分考慮分析儀的滯后性，造成了分析儀總無法對冶煉后期的成分變化進行檢測，不能通過冶煉后期爐內的成分變化趨勢來指導生產，也會造成風機出口未檢測到氧高，柜前反而出現氧高的狀況。為能夠實現分析儀對整個冶煉過程氣體成分變化的檢測，分析儀停止工作時間應滯后于停止回收時間5 min左右或以鋼水出爐時間為準，這樣設置既可以實現冶煉過程全分析，又可以留有足夠的時間對取樣頭進行吹掃。

4.5 科學設置回收結束時間

分析儀的滯后性是客觀存在的，無法完全消除，為降低分析儀滯后性帶來的安全隱患，設置一個合理的回收結束時間是很有必要的，設置回收結束時間應充分結合轉爐冶煉過程的煤氣成分變化趨勢，而不應依靠人為經驗設置。

5 結語

隨著鋼鐵企業面對的成本壓力越來越大，轉爐煤氣的回收技術已日趨完善，很難再實現大的工藝改進，要提高轉爐煤氣回收率及安全性，只有從回收的細節入手，充分結合冶煉過程煤氣成分變化趨勢和回收設施特性，進行精細化設置和操作，才能兼顧回收率和安全性。

Effect of the Hysteresis Characteristic of Gas Analyzer on the Recovery Rate and Recovery Safety of Converter Gas

LIN Yonghui，HUANG Liping
（The Thermal Power General Plant of Wuhan Iron and Steel Co.,Wuhan,Hubei 430080,China）

Based on analysis of the hysteresis characteristics of gas analyzer,some improvement measures were put forward for the recovery parameters and recovery safety of converter gas.

converter gas recovery;gas analyzer;hysteresis;parameter setting;oxygen control

TP277

B

1006-6764(2015)03-0008-02

2014－11－25

林永輝（1982－），男，2004年畢業于武漢理工大學化學工程與工藝專業，工程師，現從事煤氣管理工作。