聚光科技的氣體分析技術(shù)能夠準(zhǔn)確可靠地測(cè)量各類工業(yè)氣體含量，為冶金行業(yè)提供完整的氣體分析解決方案，至今已經(jīng)為國(guó)內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)提供了數(shù)千套氣體分析系統(tǒng)，以優(yōu)秀的產(chǎn)品和服務(wù)贏得了行業(yè)的高度認(rèn)可。
二、立體流程圖

 

 

高爐煤氣：co+o

焦?fàn)t煤氣：0

 

煤氣熱值分析系統(tǒng)

 

露點(diǎn)分析儀
 

安全檢測(cè)——安全監(jiān)控系統(tǒng)

檢測(cè)分析這些氣體的含量，對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)、安全控制、能源回收、環(huán)保節(jié)能等具有非常重要的現(xiàn)實(shí)作用。

3.2. 轉(zhuǎn)爐煤氣回收中的應(yīng)用

      轉(zhuǎn)爐煉鋼的特點(diǎn)是吞吐量大、周期短、冶煉強(qiáng)度高，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中易產(chǎn)生大量煙氣，其主要成分是煤氣、其中CO約占60%－70%。它是一種有毒、有害、易燃、易爆的危險(xiǎn)性氣體。也是一種很好的化工原料和工業(yè)生產(chǎn)能源。因此，對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化與回收是煉鋼中不可忽視的重要部分。過(guò)去對(duì)煉鋼所產(chǎn)生的氣體都采用直接放散，它不僅污染大氣，破壞了自然環(huán)境，還白白浪費(fèi)了許多能源。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣最大限度回收，對(duì)降耗增效，減少大氣污染，節(jié)能環(huán)保有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

      分析儀在其中測(cè)量CO/CO2和O2的值，分別在二次除塵后，煙道排放前以及氣柜出口，電除塵前的位置。CO/CO2的檢測(cè)是保證回收到最有價(jià)值的煤氣，O2的檢測(cè)是避免煤氣中的氧氣含量過(guò)高導(dǎo)致在回收或使用中發(fā)生爆炸。

      這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，采用維護(hù)方便，響應(yīng)時(shí)間短的LDS 6和SITRANS SL激光分析儀是一個(gè)比較好的選擇。其IP6的防護(hù)等級(jí)，1區(qū)的防爆以及自動(dòng)標(biāo)定的功能完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工況，保證有效安全的回收煤氣。

      在鋼鐵行業(yè)的煤氣回收中，包括高爐煤氣、COREX爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等，會(huì)對(duì)煤氣中H2S含量有一定的要求，分析儀在煤氣回收中還有一個(gè)應(yīng)用點(diǎn)就是采用色譜分析儀測(cè)量煤氣中硫的含量。

3.2.1. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

      天津天鐵冶金集團(tuán)是天津市重點(diǎn)支持的大型企業(yè)集團(tuán)，2006年新發(fā)布的中國(guó)企業(yè)500強(qiáng)中排名第152位，在中國(guó)制造業(yè)500強(qiáng)中排名第72位?，F(xiàn)有年產(chǎn)生鐵350萬(wàn)噸、鋼坯350萬(wàn)噸、鋼材257萬(wàn)噸的綜合生產(chǎn)能力，在國(guó)內(nèi)外享有較高的知名度。近年來(lái)，天鐵集團(tuán)與世界知名鋼鐵公司不斷開(kāi)展合作，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)。在奧鋼聯(lián)參與的熱軋工程與工藝改建中，采用西門子LDS 6激光氣體分析儀，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)爐氣體中CO、CO2的含量，參與工藝控制；以及轉(zhuǎn)爐氣體回收中與安全相關(guān)的氧含量監(jiān)測(cè)。

      由高爐煉鐵、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、最后經(jīng)軋機(jī)軋制組成的“長(zhǎng)流程”是當(dāng)今鋼鐵行業(yè)的主要生產(chǎn)流程，超過(guò)三分之二的鋼材由長(zhǎng)流程生產(chǎn)。鐵礦石經(jīng)高爐煉制形成鐵水，在鐵水中包含大量的碳和雜質(zhì)（如硫、磷等），為了得到高質(zhì)量的鋼材，鐵水必須進(jìn)一步處理，去除碳和雜質(zhì)。氧氣轉(zhuǎn)爐（BOF）是普遍的煉鋼設(shè)備，將鐵水注入轉(zhuǎn)爐，由水冷噴頭向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓氧氣。吹入的氧與鐵水中的碳經(jīng)過(guò)氧化結(jié)合生成CO和CO2，并以爐氣的形式與鐵水脫離、排放。整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝流程約15至20分鐘。爐氣中的CO和CO2可以作為反映轉(zhuǎn)爐工作狀態(tài)的參數(shù)組，通過(guò)監(jiān)測(cè)爐氣中CO、CO2的含量，可以提高轉(zhuǎn)爐的工作效率。LDS6的快速響應(yīng)能夠精確地確定整個(gè)工藝的結(jié)束時(shí)間，節(jié)約大量的氧氣與能量，優(yōu)化整個(gè)流程。

      轉(zhuǎn)爐氣體中含有大量的CO，可以作為可燃煤氣回收，此類高CO氣體的回收處理需特別注意防爆安全。測(cè)量快速、準(zhǔn)確、無(wú)干擾是LDS 6原位式激光氣體分析儀的特點(diǎn)之一，使用LDS 6監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)爐回收煤氣中的氧含量可以增強(qiáng)安全性。

圖2 西門子分析儀在煉鋼上的應(yīng)用

3.2.2. 系統(tǒng)構(gòu)成

      LDS6激光氣體分析儀采用原位測(cè)量（in-situ）方式，無(wú)需采樣與樣氣處理系統(tǒng)，直接在安裝點(diǎn)完成分析。整個(gè)系統(tǒng)由中央處理單元、發(fā)射探頭、接收探頭與復(fù)合光纜組成。激光光源位于中央處理單元中，所發(fā)激光由光纜傳至發(fā)射探頭，激光穿過(guò)被測(cè)氣體后接收探頭檢測(cè)。檢測(cè)信號(hào)傳回中央處理單元進(jìn)行處理、分析與顯示。中央處理單元還承擔(dān)人機(jī)工作界面和輸入輸出的功能。LDS6的發(fā)射探頭與接收探頭直接安裝于現(xiàn)場(chǎng)分析管線的兩側(cè)（見(jiàn)圖3）。兩者均采用模塊化設(shè)計(jì)，絕大多數(shù)硬件可以互換。天鐵轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用兩套LDS6設(shè)備，分別在電除塵后監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO、CO2，和O2。前者用于轉(zhuǎn)爐工藝的優(yōu)化與控制后者出于煤氣回收安全目的。

      兩套LDS6用于CO、CO2，以及O2的測(cè)量西門子LDS6激光分析儀選擇使用光纜傳輸信號(hào)，可以利用光纜的模式選擇進(jìn)一步確保信號(hào)“純凈”，提高測(cè)量系統(tǒng)的抗電磁干擾能力、惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。同時(shí)，中央處理單元利用復(fù)合光纜內(nèi)集成的雙絞線完成對(duì)探頭的供電，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)再對(duì)探頭提供電源。光纜外部的保護(hù)層使得其滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。

圖3激光分析儀LDS6在煉鋼上的應(yīng)用

3.2.3. 系統(tǒng)完成的功能

      由鐵礦石煉鋼需經(jīng)過(guò)高爐煉鐵與轉(zhuǎn)爐煉鋼兩步，鐵礦石由高爐熔成鐵水，因?yàn)殍F水里含有氧、硫、磷等雜質(zhì)，需要進(jìn)一步去除。煉鋼的過(guò)程就是脫碳（脫氣）、去硫去磷，以及后期脫氧和升溫的過(guò)程。最常用的煉鋼設(shè)備就是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。氧氣由水冷噴頭吹入，鐵水中的碳在反應(yīng)區(qū)直接氧化成CO氣泡，在碳低時(shí)是由于部分碳反應(yīng)生成CO2。轉(zhuǎn)爐氣體中含有大量的CO，少量CO2及微量的其他成分高溫氣體。氣體分析儀在轉(zhuǎn)爐氣體的分析中主要監(jiān)測(cè)CO和CO2，它們的含量以及變化趨勢(shì)可以作為重要信息直接反饋：（1）轉(zhuǎn)爐脫碳的工藝進(jìn)程與結(jié)束時(shí)間；（2）鋼水的溫度等信息；（3）造渣過(guò)程的情況。由于整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程只有15－20分鐘，要求分析儀表除卻準(zhǔn)確的分析結(jié)果，更要具有快速的響應(yīng)時(shí)間。否則對(duì)于整個(gè)工藝的控制與優(yōu)化沒(méi)有實(shí)際意義。

      轉(zhuǎn)爐氣體中含有大量的可燃成分，可以回收進(jìn)行再次利用，在回收過(guò)程中須注意防爆。如果煤氣中的氧含量過(guò)高，易使氣體超過(guò)爆炸下限，對(duì)設(shè)備及人員安全十分不得，必須在煤氣回收過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)其中的氧含量，一旦超過(guò)某一設(shè)定值，必須迅速采取措施，以防事故發(fā)生。對(duì)于煤氣中的氧含量監(jiān)測(cè)也必須達(dá)到準(zhǔn)確、快速的要求，既可以在生產(chǎn)安全的前提下盡可能多地回收氣體，又能在危情發(fā)生之際迅速報(bào)警，避免人員物力的損失。

      在天鐵的轉(zhuǎn)爐煤氣監(jiān)測(cè)、回收的應(yīng)用中，分析儀的安裝選點(diǎn)位于電除塵之后，分析轉(zhuǎn)爐氣體的CO、CO2和O2的含量。CO、CO2的含量用于反映轉(zhuǎn)爐的脫碳信息。CO、02的含量用于煤氣回收的判別依據(jù)，分析結(jié)果控制一個(gè)三閥組。

      為了有效、安全地回收轉(zhuǎn)爐煤氣，在煤氣柜前安裝了三閥組，可以控制煤氣的回收或放散。判斷的依據(jù)有三點(diǎn)：（1）O2含量低于2%。過(guò)多的氧氣會(huì)使煤氣柜內(nèi)氣體接近爆炸下限，使整個(gè)氣柜乃至廠區(qū)處于非常危險(xiǎn)的境地，必須嚴(yán)格控制回收氣體內(nèi)的氧氣含量，一旦高于2%，三閥組將氣體放散。（2）CO含量大于35%?；厥辙D(zhuǎn)爐煤氣是為了利用其中大量的可燃成分（主要是CO），分析CO的含量，可以確保回收高質(zhì)量的氣體作為二次能源。（3）氣柜內(nèi)仍有空間存放煤氣。對(duì)于整個(gè)煤氣的回收控制，O2、CO的分析結(jié)果至關(guān)重要，必須滿足準(zhǔn)確、快速的要求，這不僅是從工藝控制優(yōu)化的角度出發(fā)，更關(guān)系到安全生產(chǎn)。

      LDS6原位式激光氣體分析儀直接在待測(cè)管線分析，無(wú)需采樣、樣氣輸送，預(yù)處理系統(tǒng)等，響應(yīng)速度可達(dá)1秒。圖4為傳統(tǒng)抽取式紅外分析儀與LDS6激光氣體分析儀的分析結(jié)果對(duì)比圖。從圖中不難發(fā)現(xiàn)：（1）LDS6響應(yīng)速度遠(yuǎn)優(yōu)于抽取式分析儀，數(shù)十秒鐘的差異對(duì)于整個(gè)工藝過(guò)程（15－20分鐘）有著天壤之別。（2）LDS6的結(jié)果更能體現(xiàn)工藝過(guò)程中氣體含量變化的細(xì)節(jié)。LDS6激光氣體分析儀是激光分析儀典型的線測(cè)量?jī)x表，激光束所穿過(guò)區(qū)域內(nèi)的氣體均參與分析。與傳統(tǒng)抽取式分析的點(diǎn)采樣方式更能反映待測(cè)成分的真正濃度。LDS6基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectros Copy，可調(diào)諧二級(jí)管激光吸收譜）技術(shù)，以譜吸收原理為基本，實(shí)現(xiàn)快速的高精檢測(cè)。激光區(qū)別于普通光源的最重要特性之一是它良好的單色性能。單色性能越好，光源的頻譜線寬越窄。因?yàn)榧す庾吭降膯紊阅埽す馕兆V又被稱為單線吸收譜。從根本上排除了傳統(tǒng)氣體吸收譜技術(shù)測(cè)量某一氣體成分時(shí)受到氣體中其它成分吸收譜干擾的可能，更能反映待側(cè)成分的實(shí)際含量及微小變化。

      同樣，快速的響應(yīng)與更能反映待側(cè)成分真實(shí)濃度的線測(cè)量方式對(duì)轉(zhuǎn)爐氣體回收中氧含量的監(jiān)測(cè)也具有重要意義。

圖4 激光分析儀與傳統(tǒng)分析儀響應(yīng)時(shí)間的比較

      LDS6分析儀內(nèi)置了標(biāo)定單元，將分析儀器常需的人工外部標(biāo)定工作內(nèi)置在分析儀內(nèi)部，由分析儀自動(dòng)在每個(gè)測(cè)量周期都執(zhí)行一次標(biāo)定和校準(zhǔn)工作。此功能設(shè)計(jì)從根本上減輕了LDS6的維護(hù)工作量，也確保LDS6每時(shí)每刻均被校準(zhǔn)與糾正，提高分析儀的測(cè)量精度。傳統(tǒng)的人工標(biāo)定是一個(gè)周期性的工作（例如：每三個(gè)月標(biāo)定一次），只有在每次標(biāo)定時(shí)，使用者才可以確認(rèn)儀表的偏差情況。在標(biāo)定的間隙，使用者對(duì)于儀表的偏差情況根本無(wú)從考證，這對(duì)于痕量分析而言，誤差可能是巨大的。LDS6每個(gè)測(cè)量周期都在自我校準(zhǔn)，每秒鐘進(jìn)行數(shù)十次?？梢源_保每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)都是“真實(shí)的”。每個(gè)歷史數(shù)據(jù)均可被放心用于性能對(duì)比研究，無(wú)需擔(dān)心儀表漂移等帶來(lái)的影響。LDS6的內(nèi)置參比池自標(biāo)定技術(shù)已獲得德國(guó)TUV、美國(guó)EPA等權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。準(zhǔn)確無(wú)漂的分析值對(duì)于轉(zhuǎn)爐氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO、CO2含量，以及O2含量監(jiān)測(cè)等涉及工藝優(yōu)化控制、安全監(jiān)控等應(yīng)用意義重大。

      西門子LDS6激光分析儀采用了自動(dòng)增益控制（AGC）技術(shù)，可對(duì)粉塵進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，亦可適用于氣體組分劇烈變化的應(yīng)用。無(wú)論是粉塵含量變化還是氣體組變化，或是探頭對(duì)準(zhǔn)度發(fā)生一定偏差的情況下，AGC技術(shù)都可以自動(dòng)根據(jù)接收的信號(hào)強(qiáng)度控制增益，使得中央處理單元接收到的信號(hào)經(jīng)光纜傳輸后不至失真，為進(jìn)一步信號(hào)處理提供足夠強(qiáng)度的信號(hào)。在轉(zhuǎn)爐氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，CO、CO2的含量隨著脫碳進(jìn)程而不斷快速、劇烈變化，AGC技術(shù)可以確保LDS6激光氣體分析儀可以安全適應(yīng)整個(gè)轉(zhuǎn)爐脫碳過(guò)程以及轉(zhuǎn)爐煤氣回收的分析要求。

3.2.4. 項(xiàng)目運(yùn)行

      兩套LDS6系統(tǒng)于2007年4月調(diào)試投運(yùn)，總體運(yùn)行情況良好。在運(yùn)行初期曾出現(xiàn)吹掃效果不佳的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)對(duì)探頭吹掃管改進(jìn)，問(wèn)題已得到妥善解決。LDS6的測(cè)量分析結(jié)果準(zhǔn)確，響應(yīng)快速。

3.2.5. 應(yīng)用體會(huì)

      相比于傳統(tǒng)的抽取式分析儀，原位測(cè)量的分析分析儀LDS6響應(yīng)快速，測(cè)量準(zhǔn)確。十分適合轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測(cè)和煤氣含氧量監(jiān)測(cè)等對(duì)分析儀響應(yīng)時(shí)間有高要求的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的抽取式紅外分析儀受到采樣，傳輸以及預(yù)處理的時(shí)間限制，整個(gè)系統(tǒng)的分析周期遠(yuǎn)比原位式激光分析儀長(zhǎng)。在類似天鐵轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測(cè)、回收的應(yīng)用中，要求系統(tǒng)的分析周期小于20秒，這就判定了抽取式分析儀必須就近安裝，也意味著現(xiàn)場(chǎng)必須考慮土建、公用工程等諸多方面的因素，從工程角度上增加了施工量與成本。而LDS6激光分析儀探頭在現(xiàn)場(chǎng)直接安裝，只需考慮探頭采用氮?dú)獯祾咭员Ｗo(hù)透光鏡片、減少維護(hù)量，其余方面并無(wú)更多要求，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)的施工及成本要求。

引用LDS6的分析結(jié)果參與工藝優(yōu)化和控制，可起到提高效率，降低成本，增加安全性等一系列作用，使用戶得到切實(shí)的利益。

圖5西門子激光分析儀在焦?fàn)t煤氣上的應(yīng)用