多種煤氣成分分析技術在加熱爐燃燒控制中的應用

    加熱爐是軋鋼生產線中的關鍵設備，要使其氧化燒損率低，加熱工序能耗低，就必須對加熱爐進行燃燒控制。而加熱爐燃氣介質的熱值，則是直接關系加熱質量及工序消耗的重要參數。

    現以萊鋼集團的寬厚板生產線加熱爐為例，其加熱爐使用的燃料為高爐煤氣、焦爐煤氣及轉爐煤氣的混合煤氣，存在煤氣成分及熱值波動較大、較頻繁的情況，而且無準確的熱值參數等問題，給加熱爐燃燒控制帶來很大的困難，直接影響板坯加熱質量及氧化燒損率，導致煤氣消耗指標居高不下。

    因此，加熱爐燃氣介質的熱值是直接關系加熱質量及工序消耗的重要參數。目前，通用的熱值測試方法有人工分析方式和燃燒熱值儀兩種。

    人工分析方式

   人工分析方式是奧氏氣體分析儀進行煤氣成分分析。全分析項為CO₂、C_nH_m，O₂、CO、CH₄、H₂和N₂，前4項用吸收法測定，CH₄、H₂用燃燒法測定，剩余氣體視為N₂的體積。zui后通過經驗公式Q=K1*V（CO）+K2*（H₂）+K3*V（CH₄）算的煤氣熱值（其中K1、K2、K3為經驗參數）。

    這樣化驗過程就產生了人工取樣誤差、時間滯后操作誤差、人工讀數視覺誤差和人工計算誤差等。其次分析取樣間隔是2h甚至更長，無法滿足加熱爐在線燃燒控制實時調節的需求。

    燃燒熱值儀

    燃燒法熱值儀可以實現對煤氣熱值的連續自動分析，但使用維護要求較高，成本相對昂貴，在實際應用中還存在一下問題：

   （1）由于煤氣中雜質較多，例如高爐煤氣中的粉塵、焦爐煤氣中的焦油等，經常造成（預處理裝置中的減壓閥和精過濾器堵塞），進氣壓力過低，zui終導致分析值較低，甚至造成熄火，分析終止；

   （2）另外煤氣中的濕度較大時，分過程中容易會在管道內產生冷凝水，導致管路堵塞，嚴重影響分析；

   （3）熱值儀測量值有少許滯后，往往與計算值相差1MJ左右，導致熱值波動較大時燃燒控制不能及時提前響應控制。

   （4）熱值分析室內燃燒后產生的廢氣充斥在整個分析室，沒有缺的有效排放，影響分析時熱平衡，也會導致測量產生誤差。

    紅外煤氣分析儀

    紅外煤氣分析儀則克服了人工分析方法及燃燒法熱值儀的使用弊端，其采用紅外傳感器測量煤氣成分中的CO、CO₂、CH₄、C_nH_m的濃度，使用熱導傳感器測量H₂的濃度，使用電化學傳感器測量O2濃度，同時根據測量成分的濃度，計算得到煤氣的理論熱值。混合煤氣熱值的計算方法如下：

Q=126[CO]+108[H₂)+359[CH₄]+652[C_nH_m] MJ/m³

    式中：[CO]、[H₂]、[CH₄]、[C_nH_m]分別代表氣體中可燃氣成分的體積濃度。

    紅外煤氣分析儀取代了奧氏氣體分析儀的人工取樣和人工分析環節，可實現自動化測量，避免了人工誤差；同時預處理系統和儀器相對燃燒法熱值儀具有結構簡單，操作維護方便的特點，更加適合加熱爐燃燒系統實時在線的分析要求。

    在線紅外煤氣分析儀還設有數據傳輸接口，可通過RS-232 或RS-485、4-20mA 輸出接口傳輸到上級加熱爐集中控制系統。這便為加熱爐燃燒系統控制提供了遠程監控參數和自動控制設定參數。

    使用煤氣分析儀后對燃燒控制的優化的前景

    紅外煤氣分析儀在萊鋼寬厚板加熱爐使用后，可根據煤氣成分及熱值指導操作人員調節各燒嘴及各溫度控制分區的空燃比、長短火焰控制，可大幅提高爐內溫度場均勻性，提高燃料的燃燒效率這對鋼鐵企業生產線的綜合效益的提升具有顯著意義。同時，各燒嘴及分區的空燃比的控制也可降低NO_X等污染物的生成量，符合現下節能減排及環境保護的實際要求。

來源：公眾號@工業過程氣體監測技術，轉載請務必注明來源！