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西安諾科儀器有限責任公司
西安諾科儀器有限責任公司
專家快評：NK-801型爐氣分析系統，是諾科儀器針對各類爐氣（電石爐、高爐、發生爐、焦爐等）設計開發的高性能產品，可快速在線分析，且分析過程的自動化和智能化。 使用領域： 冶金、化工、煤化工等各類工業窯爐
系統概述
設計要求：快速準確的分析爐氣成分，高效自動運行。
設備名稱：爐氣在線監測系統。
安裝位置：爐氣管道。
巡檢數量：1-6臺。
監測目的：為了電石爐的安全生產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數字通訊。
管道型式：由買方提供相應數據（豎式或者橫式）
系統組成
該系統由直管式取樣探頭、反吹控制系統、氣體分析單元、伴熱管線、預處理及采樣裝置、安裝機柜及控制系統等組成。直管式取樣探頭包括直管探頭、控制閥；預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
參照系統原理流程圖，爐氣管道上取樣，三通切換閥可實現采樣、標校的氣路切換操作。打開管道上的取樣開關球閥，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：自動模式下設置好每路的取樣時間，系統可自動運行，循環監測每個監測點的氣體含量。手動模式下可對任監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，能夠實現24小時在線監測，干燥后的爐氣，在調節閥的控制下（流量在允許范圍以內），進入分析儀的分析室，經過分析后再排放到專用排污放空管道。
系統技術指標
1) 預處理采樣裝置技術指標
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、低溫環境下采樣管道采用伴熱技術，防止水分冷凝而堵塞管路；
6、取樣探頭采用燒結過濾器過濾精度≤5µm
2) 分析單元技術指標
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
b：H2---TCD熱導檢測技術
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技術指標
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：采用三菱PLC，自動控制系統反吹運行；
4、分析系統按照7D*24H連續運行模式設計，實現真正意義上的在線；
5、系統能夠輸出6路4-20mA電流信號，每種氣體成分對應一路輸出，送往主控室DCS系統；
6、預處理單元：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；
7、預處理單元每年根據實際使用工況，至少負責清洗1-2次
爐氣在線監測系統技術關鍵
1） 自主知識產權的NDIR紅外氣體分析和TCD熱導分析技術
對于CO/CO2/CH4分析，采用了自主知識產權的NDIR非分光紅外氣體傳感器技術，壽命長，儀器維護量少。該技術2018年通過了的科技鑒定，達到水平，通過7年的發展，目前已經生產的傳感器數量超過100000套，成熟可靠的技術，確保了產品的穩定性。公司依靠該技術實現了每年翻倍的發展。目前公司是國內能夠掌握核心傳感器開發技術的少數企業之一，了國內NDIR紅外技術的發展。
TCD熱導H2傳感器采用德國海利普微流熱導傳感器，配合公司的技術，穩定性比以往技術大大提高。儀器采用了的數字化技術和嵌入式軟件，精度達到國際同類產品水平。
實現核心儀器的批量生產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也是一個良好的保障。進口儀器一旦出現問題，很難在短時間內修復。
2）自動計算熱值
本系統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CH4傳感器受CnHm（C2H6、C3H8等）影響較大，本系統設計中采用專用傳感器技術，能夠解決CnHm對CH4的影響。
4）確保H2測量的準確性
熱導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，而且其熱導系數各異，如下表所示：
氣體類型 | 熱導系數 | 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的熱導系數相當，對H2的測量結果影響不大，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的測量讀數偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數偏高。因此如果，為了得到準確的H2含量，應對H2進行CO2 、CH4的校正。本方案的五組份煤氣分析儀在設計時已經考慮到上述因素，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檢測池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數；我公司采用了的旁流擴散式的熱導檢測池，流量在0.3~1.0L/min的范圍內變化對熱導的讀數沒有影響。
6）快速的氣體響應時間
系統巧妙地設計了采樣氣體分流裝置，在大流量氣泵的抽取下，能夠保證現場長距離氣體管道條件下測量快速響應但又不對分析儀器造成不利影響。
7） 多級完善的預處理裝置
混合煤氣即使經取樣探頭過濾，仍然存在粉塵、水汽等物質，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處理的前端管路進行伴熱處理。預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
分析儀器安裝在機柜中，氣體采樣和預處理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并設置了多級粉塵過濾裝置；機柜防護等級達到IP65以上，確保系統在環境惡劣的條件下可靠運行。機柜內部采用恒溫處理，保證設備在北方低溫環境下正常工作。
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