如何對氣燒石灰窯的入爐煤氣熱值進行準確測量

    因入爐煤氣資源豐富，且屬于可被循環利用的廢氣，故煤氣是氣燒石灰窯的燃料，如高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、電石尾氣（煤氣）、發生爐煤氣等。由于氣燒石灰窯的煅燒溫度，關系到石灰質量，煅燒溫度又與入爐煤氣的熱值直接相關，同時入爐煤氣熱值高、火焰短等因素易造成石灰窯的過燒或生燒現象，所以必須對入爐煤氣的熱值進行分析，以便現場工作人員根據實際工況調節窯內煅燒溫度，提高氣燒石灰窯的生產效率與企業經濟效益。

煤氣分析儀（在線型）Gasboard-3100

    煤氣中貢獻熱值的氣體有CO、CH₄、C_nH_m和H₂，所以在實際生產過程中，企業多采用在線煤氣成分及熱值分析儀對入爐煤氣濃度進行實時在線測量，并根據成分濃度計算得出煤氣的熱值。由湖北銳意自控系統有限公司研發推出的煤氣分析儀（在線型）Gasboard-3100采用將自主知識產權的紅外氣體傳感器與基于MEMS技術的熱導傳感器、電化學O₂傳感器相結合的方法，以消除氣體間的相互干擾和外界因素對測量結果的影響，實現對煤氣中CO、CO₂、CH₄、C_nH_m、H₂及O₂多組分的同時測量，并根據組分濃度計算得出準確度高的煤氣熱值，可替代燃燒法熱值儀。

一、CO、O₂、CO₂、CH₄對H₂的干擾校正

    從上表可以看出，煤氣主要成分中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，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。因此為了得到準確的H₂濃度，需對H₂濃度進行CO₂、CH₄的濃度校正。

    此外，對于檢測H₂的熱導測量通道，實驗證明，煤氣成分中CO、O₂對H₂的測量準確性影響不大，主要是CO₂、CH₄的影響。Gasboard-3100可對煤氣中的各組分進行分析測量，并將各組分間的相互影響進行濃度校正和補償，zui大限度的減小煤氣中CO、O₂、CO₂、CH₄對H₂的影響，保證H₂濃度測量的準確性。

二、控制流量波動對H₂測量的影響

    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計算進行換算，如果采用直接流通式的熱導檢測池，很難控制氣流，從而影響H₂濃度的準確測量；且目前國內對H₂濃度的分析大都采用雙鉑絲熱敏元件制成的熱導元件，體積大，精度低，傳感器死區大。Gasboard-3100配置了基于MEMS技術的熱導傳感器，采用了旁流擴散式的熱導檢測池，流量在0.3~1.5L/min的范圍內波動對熱導傳感器的測量無影響，可有效減少因流量波動對H₂濃度測量結果的影響。

旁流擴散式的熱導檢測池

三、C_nH_m濃度測量，保證熱值測量準確性

    在煤氣成份中，特別是焦爐煤氣，除CH₄外，還含有C_nH_m?，F市面上大多數紅外分析儀僅以CH₄為測量對象，并以此來計算煤氣熱值。而Gasboard-3100除對CH₄濃度進行測量外，同時還可測量C_nH_m濃度（如C₃H₈），將CH₄與C_nH_m的濃度折合成碳氫化合物的總量，以此計算得出煤氣熱值，保證入爐煤氣熱值測量的準確性。

四、C_nH_m與CH₄干擾的濃度修正

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的紅外吸收光譜

    根據紅外吸收原理，在甲烷特征波長3.3um左右，甲烷與乙烷等碳氫化合物有吸收干擾，從而導致熱值測試不準。對此，Gasboard-3100在軟件上進行了升級，產品采用abc系數修正算法，預先在軟件運算過程中插入C_nH_m與CH₄的濃度修正系數，修正C_nH_m與CH₄的相互干擾，確保測量結果的準確性。

五、單光源、雙光束減小零點與量程漂移

    為減少因為光源不穩定以及電子元器件老化造成的零點和量程漂移，Gasboard-3100內置了自動調零裝置，可實現對儀器零點的自動標定，以減小零點漂移，相應減小量程漂移。同時，Gasboard-3100基于NDIR氣體分析技術，采用單光源雙光束法對煤氣中不同波長的組分進行測量。光源經過兩個不同波長的濾光片，進行濾光處理，得到兩個不同波長的信號：檢測信號與參考信號。檢測信號與參考信號的強度之比與光源強度的波動及電子元器件的老化等因素無關，這樣就zui大限度的減小了光源不穩定及電子元器件老化造成的零點、量程漂移，從而保障了儀器測量的準確性與穩定性。

單光源、雙光束技術原理圖

    高準確度的煤氣熱值有利于正確指導工作人員調節現場工況，保證石灰窯爐的煅燒溫度，既能提高出爐石灰的質量，又可合理使用回收煤氣，真正地實現節能降耗，提高企業經濟效益。作為武漢四方光電旗下的全資子公司，銳意自控始終秉承“把握關鍵技術，實現產業創新”的發展理念，以自主知識產權的傳感器核心技術為依托，致力于煤氣分析儀器的研發創新、生產及銷售，為我國煤氣能源的利用提供更加合理、有效的行業解決方案。

來源：公眾號@工業過程氣體監測技術，轉載請務必注明來源