焦爐煤氣添加天然氣后CO分析儀的改進

馮國昌，賈 騰

（河北鋼鐵集團邯鋼公司，河北 邯鄲056015）

河北鋼鐵集團邯鋼公司（以下簡稱邯鋼）冷軋廠1號熱鍍鋅生產線采用改良森基米爾法生產工藝，其燃燒介質為焦爐煤氣，其明火段為主要加熱段，但明火段對于燃燒介質要求嚴格，特別是燃燒介質與空氣通入量的配比要求嚴格，如空氣量過剩，將導致帶鋼深度氧化，到后面還原段不能完成還原，將導致鋅層黏附力降低，出現T彎脫落質量缺陷，如一味提高燃燒介質配比，不僅造成能源的浪費，同時也將導致爐內出現碳的析出，同樣出現鋅層黏附力降低質量缺陷，同時還可能導致廢氣排放中的CO含量增加，造成環境污染。由于環保壓力，焦化廠難以保證供應的焦爐煤氣熱值的穩定，當熱值低于3800MJ/m3時，將直接導致熱鍍鋅生產線不能正常生產。為維持熱鍍鋅生產線生產，提出焦爐煤氣中添加適量天然氣成分，以保證煤氣熱值維持熱鍍鋅生產的解決思路。由于天然氣主要成分為甲烷，與焦爐煤氣相比燃燒后產生的水蒸氣量大，造成CO分析儀不能正常工作，不能正常反映爐內氣氛，進而造成鍍鋅板脫鋅質量缺陷。為了提高熱鍍鋅板質量，減少資源浪費，自主設計了一套取樣管路冷卻排水系統，保證了CO分析儀測量的準確性。1問題的分析和解決

1.1 問題原因分析

焦爐煤氣添加天然氣后，在試生產過程中，發現CO分析儀出現不能正常測量爐內氣氛現象，經認真檢查，發現過程氣的取樣管內有水，導致過程氣不能進入CO分析儀，無法實現CO的測量，嚴重時CO分析儀表內進水，還將導致CO分析儀使用壽命降低。分析表明，添加的天然氣主要成分為甲烷，燃燒后較焦爐煤氣產生更多的水蒸氣，水蒸氣隨過程氣到取樣管，由于爐內氣溫高而取樣管遠離加熱爐后隨氣溫降低水蒸氣凝結為水析出，堵塞取樣管或進入CO分析儀內部，造成測量不準確現象。

針對上述實際情況，自主設計了一套冷卻排水系統，加裝到取樣管路上，將水蒸氣凝結匯集后排出。為防止個別管路出現故障，設計修改分析儀控制程序，修改后可單獨掃描任何一路管路，掃描時間可隨意設定，完善遠程控制界面，增加取樣泵遠程啟停和分析儀遠程啟停功能，保證了測量的準確性。

1.2 技術方案的制定及實施

1.2.1 增加冷凝裝置

首先在分析儀柜外的取樣管上加裝伴熱帶，設定溫度大于150℃，使水蒸氣在到儀表柜前不能凝結，在儀表柜內增加冷凝器，下面增加導液管，將凝結的水匯聚后排出，新增的取樣管水蒸氣冷凝裝置見圖1。增加冷凝裝置后，CO分析儀實現正常檢測，操作人員可以根據測量數據來調整空燃比，從而保證加熱效果和爐內還原氣氛以及燃燒介質的充分利用。

圖1 取樣管水蒸氣冷凝裝置

1.2.2設計完成冷凝水自動排水裝置

圖2 所示是CO分析儀自動排水裝置，包括均為不銹鋼材質的排水筒1、6根排水管2、1根排污管3和蓋設于排水筒1上的蓋體8；6根排水管2的上端連接氣體分析儀過濾器4下部的6個排水孔，下端穿過蓋體8并與蓋體8焊接固定，固定后排水管2的下端位于排水筒1內的水面以下且高于排水筒1的底面，可有效避免排水筒1底部的沉泥堵塞排水管2；位于排水筒內的水面以下；排污管3的一端沿排水筒1高度1/2以下的排水筒側壁伸入排水筒1內，另一端與排污總管道5連接；排水筒1的外側壁安裝有玻璃液位計6，用于觀察排水筒1內部液位的高度；每根排水管2上都安裝有1個控制閥門7。

圖2 CO分析儀自動排水裝置

CO分析儀正常工作時打開氣體分析儀過濾器4下部的排水孔和排水管2上的控制閥門7，當氣體分析儀取樣氣體中水蒸氣含量增多時，冷凝水通過排水孔、排水管2進入排水筒1中，由于排水管2下端位于排水筒1內水面以下，形成良好的水封，防止倒吸空氣影響氣體分析數據準確性，保證氣體分析儀分析系統管路的密閉性；該裝置安裝有液位計6及排污管3，液位計6方便液位的觀察，污水達到指定液位后自動通過排污管3排入排污總管道5，從而實現進出水的動態平衡，達到自動排水的目的。排水管下端位于排水筒內的水面以下且高于排水筒底面，可有效避免排水筒底部沉泥堵塞排水管；排水管穿過蓋體并與蓋體焊接固定，目的為密閉排水筒，防止塵土進入排水筒內部。當需要清洗排水筒時，可關閉控制閥門，在不影響氣體分析儀管道密閉性的情況下，對排水筒內部沉泥進行清理，保持排水裝置的良好暢通。自主設計自動排水裝置能夠自動排出氣體分析儀過濾器內部的多余水分，避免發生氣體分析儀過濾器堵塞或水蒸氣進入檢測主回路情況，排水過程不影響管路的密閉環境以及管內氣體成分，保證退火爐內氣體檢測數據的準確性和鍍鋅生產秩序。

1.2.3 完善控制程序

完善控制程序，修改操作界面，使分析儀更適合本生產線，自主開發掃描時間設定、分析儀各路是否掃描選擇、取樣泵啟停、分析儀啟停等程序，實現掃描時間可任意設定，各路是否掃描可任意選擇，遠程實現分析儀、取樣泵啟停等功能，具體見圖3。

圖3 CO分析儀操作界面

2 應用效果

改進后操作人員可精準掌握爐內各區廢氣中CO含量，從而準確調整空燃比，即不會出現因氧化氣氛出現的脫鋅，也避免了空燃比過低導致的煤氣浪費。對比改進前后可知，改進前后空燃比設定值相同均為0.8，但改進前實際值為0.6左右，改進后實際值為0.8左右。

3 結論

1）在煤氣熱值不能達到生產要求時，為保證生產可添加一定比例的天然氣提高熱值。

2）天然氣含量提高后，CH4燃燒后會產生更多的水蒸氣，水蒸氣對于CO分析儀的測量有較大影響。

3）加裝水蒸氣冷凝和自動排水裝置，從而保證了CO分析儀的準確測量。

4）實現CO分析儀準確測量后可減少能源消耗，降低CO的排放量，減少環境污染。