產(chǎn)品亮點
Product Highlights
系統(tǒng)概述
設(shè)計要求：快速準確的分析爐氣成分，高效自動運行。
設(shè)備名稱：爐氣在線監(jiān)測系統(tǒng)。
安裝位置：爐氣管道。
巡檢數(shù)量：1-6臺。
監(jiān)測目的：為了電石爐的安全生產(chǎn)以及爐氣的有效利用。
信號輸出：提供標準的4~20mA模擬量信號和標準的RS-485數(shù)字通訊。
管道型式：由買方提供相應(yīng)數(shù)據(jù)（豎式或者橫式）
系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)由直管式取樣探頭、反吹控制系統(tǒng)、氣體分析單元、伴熱管線、預(yù)處理及采樣裝置、安裝機柜及控制系統(tǒng)等組成。直管式取樣探頭包括直管探頭、控制閥；預(yù)處理及采樣裝置包括過濾吸附裝置、過濾裝置、氣水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置、精密過濾裝置等組成。氣體分析儀表可以完成對爐氣中CO、CO2、CH4、H2、O2的準確測量，并同時計算熱值。安裝機柜及控制系統(tǒng)主要由三菱PLC控制裝置、電磁閥等控制裝置組成。
工作原理
參照系統(tǒng)原理流程圖，爐氣管道上取樣，三通切換閥可實現(xiàn)采樣、標校的氣路切換操作。打開管道上的取樣開關(guān)球閥，通過操作觸摸屏人機交換界面進行取樣操作。分為自動模式和手動模式：自動模式下設(shè)置好每路的取樣時間，系統(tǒng)可自動運行，循環(huán)監(jiān)測每個監(jiān)測點的氣體含量。手動模式下可對任監(jiān)測點進行單獨檢測分析。爐氣通過取樣管進入氣液分離器，除掉爐氣中所夾雜的液體，然后進入電子冷凝器干燥裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時在線監(jiān)測，干燥后的爐氣，在調(diào)節(jié)閥的控制下（流量在允許范圍以內(nèi)），進入分析儀的分析室，經(jīng)過分析后再排放到專用排污放空管道。
技術(shù)參數(shù)
Product parameters
系統(tǒng)技術(shù)指標
1) 預(yù)處理采樣裝置技術(shù)指標
1、自動反吹取樣探頭及管路；
2、手動維護控制閥門，方便取樣管道清洗；
3、適用于取樣氣體溫度≤800℃；
4、適用于氣體粉塵濃度<100g/m3;
5、低溫環(huán)境下采樣管道采用伴熱技術(shù)，防止水分冷凝而堵塞管路；
6、取樣探頭采用燒結(jié)過濾器過濾精度≤5µm
2) 分析單元技術(shù)指標
1、測量組分： CO/CO2/CH4/H2/O2/熱值
2、測量方法：
a：CO/CO2/CH4---NDIR紅外傳感器技術(shù)
b：H2---TCD熱導(dǎo)檢測技術(shù)
c：O2---長壽命電化學傳感器
d：熱值=126[CO]+108[H2)+359[CH4] MJ/m3
3、測量量程 CO：0-99%
a：CO2：0-20%
b：CH4：0-5%
c：H2：0-20%
d：O2：0-5%
4、熱值：0-9000Kcal/Nm3
5、測量精度： CO/CO2/CH4≤1%FS；H2/O2≤2%FS
6、響應(yīng)時間： ≤10秒（NDIR）
7、供電電源： 220V±44V 交流 50Hz±1Hz
8、輸出信號： 標準RS-485、DC 4-20mA電流輸出；
9、儀器重量： 約10kg
10、工作溫度： 0-50℃
11、相對濕度： 5-85%
12、大氣壓力： 85-105 KPa
3) 分析機柜及控制系統(tǒng)技術(shù)指標
1、整體機柜防護等級IP56；
2、柜體配置可視窗口，換氣通常；
3、控制系統(tǒng)：采用三菱PLC，自動控制系統(tǒng)反吹運行；
4、分析系統(tǒng)按照7D*24H連續(xù)運行模式設(shè)計，實現(xiàn)真正意義上的在線；
5、系統(tǒng)能夠輸出6路4-20mA電流信號，每種氣體成分對應(yīng)一路輸出，送往主控室DCS系統(tǒng)；
6、預(yù)處理單元：通過伴熱、過濾、吸附、分離、冷凝等工序清除煤氣中焦油、苯、萘、水汽和煙塵等物質(zhì)；
7、預(yù)處理單元每年根據(jù)實際使用工況，至少負責清洗1-2次
爐氣在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵
1） 自主知識產(chǎn)權(quán)的NDIR紅外氣體分析和TCD熱導(dǎo)分析技術(shù)
對于CO/CO2/CH4分析，采用了自主知識產(chǎn)權(quán)的NDIR非分光紅外氣體傳感器技術(shù)，壽命長，儀器維護量少。該技術(shù)2018年通過了的科技鑒定，達到水平，通過7年的發(fā)展，目前已經(jīng)生產(chǎn)的傳感器數(shù)量超過100000套，成熟可靠的技術(shù)，確保了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。公司依靠該技術(shù)實現(xiàn)了每年翻倍的發(fā)展。目前公司是國內(nèi)能夠掌握核心傳感器開發(fā)技術(shù)的少數(shù)企業(yè)之一，了國內(nèi)NDIR紅外技術(shù)的發(fā)展。
TCD熱導(dǎo)H2傳感器采用德國海利普微流熱導(dǎo)傳感器，配合公司的技術(shù)，穩(wěn)定性比以往技術(shù)大大提高。儀器采用了的數(shù)字化技術(shù)和嵌入式軟件，精度達到國際同類產(chǎn)品水平。
實現(xiàn)核心儀器的批量生產(chǎn)不僅降低了儀器的購買費用， 同時對于客戶今后的維護和保養(yǎng)也是一個良好的保障。進口儀器一旦出現(xiàn)問題，很難在短時間內(nèi)修復(fù)。
2）自動計算熱值
本系統(tǒng)能夠測試混合煤氣中主要六種氣體成分的濃度：即CO、CO2、CH4、H2、CnHm、O2，同時可以自動計算混合煤氣的熱值，這對于混合煤氣的有效利用有著十分重要意義。混合煤氣熱值的計算方法如下：Q=126[CO]+108[H2)+359[CH4] MJ/m3，[CO]、[H2]、[CH4] 分別代表氣體中可燃氣成分的體積濃度。
3）準確測量CH4濃度
電石爐尾氣中含有CH4、C2H6、C3H8等氣體，常規(guī)CH4傳感器受CnHm（C2H6、C3H8等）影響較大，本系統(tǒng)設(shè)計中采用專用傳感器技術(shù)，能夠解決CnHm對CH4的影響。
4）確保H2測量的準確性
熱導(dǎo)傳感器主要用于測量二元氣體，如A、B混合氣中的A或B，并且以另外一種氣體作為背景氣。而如果用于測量多種混合氣體時，必然要考慮到其他氣體的影響因素。一般而言煤氣中含有CO、CO2、CH4、H2、O2、N2等多種氣體成分，而且其熱導(dǎo)系數(shù)各異，如下表所示：
氣體類型 | 熱導(dǎo)系數(shù) | 分子量 | |
K(0oC) mW/Km | K(25oC) mW/Km | M Kg/kmol | |
CO2 | 14 | 16.4 | 44.0 |
CH4 | 30 | 34 | 16.0 |
H2 | 174 | 180 | 2.0 |
O2 | 25 | 26.2 | 32.0 |
N2 | 24 | 26.0 | 28.8 |
CO | 23 | 25.8 | 28 |
從上表可以看出，爐氣主要成分中CO、O2 與背景氣N2的熱導(dǎo)系數(shù)相當，對H2的測量結(jié)果影響不大，但是CO2 、CH4 對H2測量影響明顯。通過理論分析及實驗表明，如果氣體成分中含有CO2，會使H2的測量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數(shù)偏高。因此如果，為了得到準確的H2含量，應(yīng)對H2進行CO2 、CH4的校正。本方案的五組份煤氣分析儀在設(shè)計時已經(jīng)考慮到上述因素，作了嚴格試驗并將各種氣體的相互影響進行了修正和補償，消除煤氣中其他成分對H2的影響，故能夠保證H2測量值的準確性； 同時也證明了單一組分的H2分析儀不可能得到煤氣成分中準確的H2含量。
5）流量變化對H2測量無影響。
由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對氣體流動帶走的熱量進行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數(shù)；我公司采用了的旁流擴散式的熱導(dǎo)檢測池，流量在0.3~1.0L/min的范圍內(nèi)變化對熱導(dǎo)的讀數(shù)沒有影響。
6）快速的氣體響應(yīng)時間
系統(tǒng)巧妙地設(shè)計了采樣氣體分流裝置，在大流量氣泵的抽取下，能夠保證現(xiàn)場長距離氣體管道條件下測量快速響應(yīng)但又不對分析儀器造成不利影響。
7） 多級完善的預(yù)處理裝置
混合煤氣即使經(jīng)取樣探頭過濾，仍然存在粉塵、水汽等物質(zhì)，為避免粉塵和水氣冷凝污染儀器，堵塞氣路，需要在氣體進入機柜預(yù)處理的前端管路進行伴熱處理。預(yù)處理及采樣裝置包括兩級過濾吸附裝置、多級汽水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置、精密過濾裝置等組成。
8）機柜以及控制系統(tǒng)
分析儀器安裝在機柜中，氣體采樣和預(yù)處理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并設(shè)置了多級粉塵過濾裝置；機柜防護等級達到IP65以上，確保系統(tǒng)在環(huán)境惡劣的條件下可靠運行。機柜內(nèi)部采用恒溫處理，保證設(shè)備在北方低溫環(huán)境下正常工作。
