半导体激光气体分析仪在邯钢炼钢煤气回收中的应用

摘 要：邯钢西区炼钢厂在煤气回收系统中采用激光气体分析仪作为气体含量检测仪表。随着公司环保评比和节能减排工作展开，对转炉冶炼期烟气净化和放散进行严格控制，因此控制煤气回收指标主要设备煤气分析仪的安全稳定运行显得尤为重要。半导体激光气体分析仪原位测量、检测灵敏度高、响应速度快的特点，真正在转炉煤气回收中发挥其优势，提高回收率，防止因分析仪故障导致数据不准误将废气收入煤气柜重大安全隐患；本文介绍了气体分析仪在煤气回收中的重要作用、仪表测量原理、煤气回收条件等情况。

关键词：煤气回收；激光气体分析仪；测量原理

1 半导体激光气体分析仪结构组成和测量原理

半导体激光吸收光谱技术利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气体浓度。由半导体激光器发射出特定波长的激光束，穿过被测气体时，激光强度的衰减与被测气体的浓度成一定的函数关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。

激光气体分析仪由激光发射、光电传感和分析模块等构成。由激光发射模块发出的激光束穿过被测烟道，被安装在直径相对方向上的光电传感模块中的探测器接收，分析控制模块对获得的测量信号进行数据采集和分析，得到被测气体浓度。在扫描激光波长时，由光电传感模块探测到的激光透过率将发生变化，且此变化仅仅是来自于激光器与光电传感模块之间光通道内被测气体分子对激光强度的衰减。光强度的衰减与探测光程之间的被测气体含量成正比。因此，通过测量激光强度衰减可以分析获得被测气体的浓度。

2 系统工作流程

分析仪通电源，开启根部阀，半导体激光器发射出的特定频率的激光通过发射单元穿过气体通道，接收单元中的传感器接收衰减后激光束，并将测量信号传送给中央分析仪器，中央分析仪器通过对测量信号进行分析处理，得到被测气体浓度，气体浓度信息通过液晶显示屏显示出来并通过标准接口输出。为了防止粉尘和被测环境中其他污染物在视窗上聚集，需要工业氮气气体通过吹扫入口进行连续吹扫，以便在光学视窗与工业气体间形成一段气幕保护。

3 转炉煤气分析仪的解决方案

转炉煤气分析仪由于采用了半导体激光吸收光谱技术，从根本上解决了采样预处理带来诸如响应滞后、维护频繁、易堵易漏、易损件多和运行费用高等各种问题，并具有如下特点：

（1）原位测量，检测灵敏度高，响应速度快，提升生产效率。

（2）无需采样预处理系统，环境适应性强，维护量小。

（3）独有光机设计，减小风机振动带来影响。

（4）一体化设计，结构紧凑，可靠性高；

（5）模块化设计，可现场更换所有功能模块；

（6）智能化程度高，操作、维护方便。

4 转炉煤气分析仪对回收杯阀的控制

邯钢邯宝炼钢厂采用的为干法除尘，煤气中含有大量的饱和水蒸气，并且水蒸气在煤气中的比例不是固定的，所以煤气分析仪检测的煤气中一氧化碳的含量值（称之为湿态一氧化碳含量）不能直接引用，必须去掉水蒸气得到标况下（一个标准大气压，0℃）一氧化碳的含量（干态下一氧化碳含量，以后所引用的含量均为此含量）。这个计算出来的一氧化碳值控制阀门动作。

煤气回收的阀门采用两个进口液压杯阀，一个为放散杯阀，DN1800，一个为回收杯阀，DN2600。在回收侧杯阀后还有一个液压眼睛阀，在检修煤气冷却器时可将这个阀门关闭，防止煤气泄露。为了回收的安全性，阀门设计为在自动情况下，放散侧杯阀为开，回收侧杯阀为关。阀台带有蓄能器，如果油泵发生问题，可保证阀门正常动作1～2次。

当一氧化碳含量超过10%并且氧含量小于1%时，放散侧杯阀先关25%，升高回收侧杯阀前的压力，直到回收侧杯阀的前后压差为正0.3kPa，这时，回收侧杯阀以正常速度打开。这个称之为为升压过程，防止回收侧杯阀后的煤气倒流到管道中。当回收杯阀全开后，放散侧杯阀正常关闭。

当一氧化碳含量小于8%時，两个阀同时动作，直到放散侧全开，回收侧全关。在事故状态下，液压阀台上的电磁阀全部失电，阀门依靠本身自重，快速动作。

5 结语

半导体激光气体分析仪在在线检测转炉煤气回收项目中自投用以来，与传统采样预处理分析相比，激光检测系统响应速度快15～30秒，可带来生产效率3%～5%的提升。同时避免了因维护仪表影响煤气回收问题，进一步提高回收效率。有效实现了炼钢区域的降本增效，为公司的整体节能降耗做出了贡献。

参考文献

[1]工业自动化仪表手册（第四分册）[M].北京：机械工业出版社，1988.

[2]马竹梧.炼钢生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2005.

（作者单位：河北钢铁集团邯钢公司邯宝炼钢厂）

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