半導體激光氣體分析儀在邯鋼煉鋼煤氣回收中的應用

魏英皓

摘 要：邯鋼西區煉鋼廠在煤氣回收系統中采用激光氣體分析儀作為氣體含量檢測儀表。隨著公司環保評比和節能減排工作展開，對轉爐冶煉期煙氣凈化和放散進行嚴格控制，因此控制煤氣回收指標主要設備煤氣分析儀的安全穩定運行顯得尤為重要。半導體激光氣體分析儀原位測量、檢測靈敏度高、響應速度快的特點，真正在轉爐煤氣回收中發揮其優勢，提高回收率，防止因分析儀故障導致數據不準誤將廢氣收入煤氣柜重大安全隱患；本文介紹了氣體分析儀在煤氣回收中的重要作用、儀表測量原理、煤氣回收條件等情況。

關鍵詞：煤氣回收；激光氣體分析儀；測量原理

1 半導體激光氣體分析儀結構組成和測量原理

半導體激光吸收光譜技術利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成吸收光譜的原理來測量氣體濃度。由半導體激光器發射出特定波長的激光束，穿過被測氣體時，激光強度的衰減與被測氣體的濃度成一定的函數關系，因此，通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。

激光氣體分析儀由激光發射、光電傳感和分析模塊等構成。由激光發射模塊發出的激光束穿過被測煙道，被安裝在直徑相對方向上的光電傳感模塊中的探測器接收，分析控制模塊對獲得的測量信號進行數據采集和分析，得到被測氣體濃度。在掃描激光波長時，由光電傳感模塊探測到的激光透過率將發生變化，且此變化僅僅是來自于激光器與光電傳感模塊之間光通道內被測氣體分子對激光強度的衰減。光強度的衰減與探測光程之間的被測氣體含量成正比。因此，通過測量激光強度衰減可以分析獲得被測氣體的濃度。

2 系統工作流程

分析儀通電源，開啟根部閥，半導體激光器發射出的特定頻率的激光通過發射單元穿過氣體通道，接收單元中的傳感器接收衰減后激光束，并將測量信號傳送給中央分析儀器，中央分析儀器通過對測量信號進行分析處理，得到被測氣體濃度，氣體濃度信息通過液晶顯示屏顯示出來并通過標準接口輸出。為了防止粉塵和被測環境中其他污染物在視窗上聚集，需要工業氮氣氣體通過吹掃入口進行連續吹掃，以便在光學視窗與工業氣體間形成一段氣幕保護。

3 轉爐煤氣分析儀的解決方案

轉爐煤氣分析儀由于采用了半導體激光吸收光譜技術，從根本上解決了采樣預處理帶來諸如響應滯后、維護頻繁、易堵易漏、易損件多和運行費用高等各種問題，并具有如下特點：

（1）原位測量，檢測靈敏度高，響應速度快，提升生產效率。

（2）無需采樣預處理系統，環境適應性強，維護量小。

（3）獨有光機設計，減小風機振動帶來影響。

（4）一體化設計，結構緊湊，可靠性高；

（5）模塊化設計，可現場更換所有功能模塊；

（6）智能化程度高，操作、維護方便。

4 轉爐煤氣分析儀對回收杯閥的控制

邯鋼邯寶煉鋼廠采用的為干法除塵，煤氣中含有大量的飽和水蒸氣，并且水蒸氣在煤氣中的比例不是固定的，所以煤氣分析儀檢測的煤氣中一氧化碳的含量值（稱之為濕態一氧化碳含量）不能直接引用，必須去掉水蒸氣得到標況下（一個標準大氣壓，0℃）一氧化碳的含量（干態下一氧化碳含量，以后所引用的含量均為此含量）。這個計算出來的一氧化碳值控制閥門動作。

煤氣回收的閥門采用兩個進口液壓杯閥，一個為放散杯閥，DN1800，一個為回收杯閥，DN2600。在回收側杯閥后還有一個液壓眼睛閥，在檢修煤氣冷卻器時可將這個閥門關閉，防止煤氣泄露。為了回收的安全性，閥門設計為在自動情況下，放散側杯閥為開，回收側杯閥為關。閥臺帶有蓄能器，如果油泵發生問題，可保證閥門正常動作1～2次。

當一氧化碳含量超過10%并且氧含量小于1%時，放散側杯閥先關25%，升高回收側杯閥前的壓力，直到回收側杯閥的前后壓差為正0.3kPa，這時，回收側杯閥以正常速度打開。這個稱之為為升壓過程，防止回收側杯閥后的煤氣倒流到管道中。當回收杯閥全開后，放散側杯閥正常關閉。

當一氧化碳含量小于8%時，兩個閥同時動作，直到放散側全開，回收側全關。在事故狀態下，液壓閥臺上的電磁閥全部失電，閥門依靠本身自重，快速動作。

5 結語

半導體激光氣體分析儀在在線檢測轉爐煤氣回收項目中自投用以來，與傳統采樣預處理分析相比，激光檢測系統響應速度快15～30秒，可帶來生產效率3%～5%的提升。同時避免了因維護儀表影響煤氣回收問題，進一步提高回收效率。有效實現了煉鋼區域的降本增效，為公司的整體節能降耗做出了貢獻。

參考文獻

[1]工業自動化儀表手冊（第四分冊）[M].北京：機械工業出版社，1988.

[2]馬竹梧.煉鋼生產自動化技術[M].北京：冶金工業出版社，2005.

（作者單位：河北鋼鐵集團邯鋼公司邯寶煉鋼廠）