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西門子分析儀在煉鋼上的應(yīng)用
信息來源： 發(fā)布時間：2013-06-18 09:09:28 點擊次數(shù)：0
鋼鐵冶煉包括煉鐵、煉鋼、軋鋼等諸多生產(chǎn)過程，冶煉過程使用燃氣體、惰性氣等作為燃料或保護氣體，同時也產(chǎn)生大量的過程氣體。檢測分析這些氣體的含量，對優(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)實作用。
聚光科技的氣體分析技術(shù)能夠準確可靠地測量各類工業(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)的高度認可。
二、立體流程圖
二、立體流程圖
高爐煤氣：co+o
焦爐煤氣：0
煤氣熱值分析系統(tǒng)
露點分析儀
安全檢測——安全監(jiān)控系統(tǒng)
檢測分析這些氣體的含量，對優(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)實作用。
3.2. 轉(zhuǎn)爐煤氣回收中的應(yīng)用
轉(zhuǎn)爐煉鋼的特點是吞吐量大、周期短、冶煉強度高，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。過去對煉鋼所產(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，還白白浪費了許多能源。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣最大限度回收，對降耗增效，減少大氣污染，節(jié)能環(huán)保有著巨大的經(jīng)濟和社會效益。
分析儀在其中測量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的檢測是保證回收到最有價值的煤氣，O2的檢測是避免煤氣中的氧氣含量過高導(dǎo)致在回收或使用中發(fā)生爆炸。
這兩個測量點，采用維護方便，響應(yīng)時間短的LDS 6和SITRANS SL激光分析儀是一個比較好的選擇。其IP6的防護等級，1區(qū)的防爆以及自動標定的功能完全可以滿足現(xiàn)場惡劣的工況，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、焦爐煤氣等，會對煤氣中H2S含量有一定的要求，分析儀在煤氣回收中還有一個應(yīng)用點就是采用色譜分析儀測量煤氣中硫的含量。
3.2.1. 項目簡介
天津天鐵冶金集團是天津市重點支持的大型企業(yè)集團，2006年新發(fā)布的中國企業(yè)500強中排名第152位，在中國制造業(yè)500強中排名第72位?，F(xiàn)有年產(chǎn)生鐵350萬噸、鋼坯350萬噸、鋼材257萬噸的綜合生產(chǎn)能力，在國內(nèi)外享有較高的知名度。近年來，天鐵集團與世界知名鋼鐵公司不斷開展合作，學習先進技術(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，用于實時監(jiān)測轉(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。
由高爐煉鐵、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、最后經(jīng)軋機軋制組成的“長流程”是當今鋼鐵行業(yè)的主要生產(chǎn)流程，超過三分之二的鋼材由長流程生產(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，通過監(jiān)測爐氣中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工藝的結(jié)束時間，節(jié)約大量的氧氣與能量，優(yōu)化整個流程。
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。測量快速、準確、無干擾是LDS 6原位式激光氣體分析儀的特點之一，使用LDS 6監(jiān)測轉(zhuǎn)爐回收煤氣中的氧含量可以增強安全性。
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量（in-situ）方式，無需采樣與樣氣處理系統(tǒng)，直接在安裝點完成分析。整個系統(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，激光穿過被測氣體后接收探頭檢測。檢測信號傳回中央處理單元進行處理、分析與顯示。中央處理單元還承擔人機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)場分析管線的兩側(cè)（見圖3）。兩者均采用模塊化設(shè)計，絕大多數(shù)硬件可以互換。天鐵轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測項目采用兩套LDS6設(shè)備，分別在電除塵后監(jiān)測轉(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的測量西門子LDS6激光分析儀選擇使用光纜傳輸信號，可以利用光纜的模式選擇進一步確保信號“純凈”，提高測量系統(tǒng)的抗電磁干擾能力、惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。同時，中央處理單元利用復(fù)合光纜內(nèi)集成的雙絞線完成對探頭的供電，無需現(xiàn)場再對探頭提供電源。光纜外部的保護層使得其滿足工業(yè)現(xiàn)場的使用要求。
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)過高爐煉鐵與轉(zhuǎn)爐煉鋼兩步，鐵礦石由高爐熔成鐵水，因為鐵水里含有氧、硫、磷等雜質(zhì)，需要進一步去除。煉鋼的過程就是脫碳（脫氣）、去硫去磷，以及后期脫氧和升溫的過程。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CO和CO2，它們的含量以及變化趨勢可以作為重要信息直接反饋：（1）轉(zhuǎn)爐脫碳的工藝進程與結(jié)束時間；（2）鋼水的溫度等信息；（3）造渣過程的情況。由于整個轉(zhuǎn)爐煉鋼過程只有15－20分鐘，要求分析儀表除卻準確的分析結(jié)果，更要具有快速的響應(yīng)時間。否則對于整個工藝的控制與優(yōu)化沒有實際意義。
轉(zhuǎn)爐氣體中含有大量的可燃成分，可以回收進行再次利用，在回收過程中須注意防爆。如果煤氣中的氧含量過高，易使氣體超過爆炸下限，對設(shè)備及人員安全十分不得，必須在煤氣回收過程中時刻監(jiān)測其中的氧含量，一旦超過某一設(shè)定值，必須迅速采取措施，以防事故發(fā)生。對于煤氣中的氧含量監(jiān)測也必須達到準確、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)生之際迅速報警，避免人員物力的損失。
在天鐵的轉(zhuǎn)爐煤氣監(jiān)測、回收的應(yīng)用中，分析儀的安裝選點位于電除塵之后，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：（1）O2含量低于2%。過多的氧氣會使煤氣柜內(nèi)氣體接近爆炸下限，使整個氣柜乃至廠區(qū)處于非常危險的境地，必須嚴格控制回收氣體內(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?；厥崭哔|(zhì)量的氣體作為二次能源。（3）氣柜內(nèi)仍有空間存放煤氣。對于整個煤氣的回收控制，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管線分析，無需采樣、樣氣輸送，預(yù)處理系統(tǒng)等，響應(yīng)速度可達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)果對比圖。從圖中不難發(fā)現(xiàn)：（1）LDS6響應(yīng)速度遠優(yōu)于抽取式分析儀，數(shù)十秒鐘的差異對于整個工藝過程（15－20分鐘）有著天壤之別。（2）LDS6的結(jié)果更能體現(xiàn)工藝過程中氣體含量變化的細節(jié)。LDS6激光氣體分析儀是激光分析儀典型的線測量儀表，激光束所穿過區(qū)域內(nèi)的氣體均參與分析。與傳統(tǒng)抽取式分析的點采樣方式更能反映待測成分的真正濃度。LDS6基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectros Copy，可調(diào)諧二級管激光吸收譜）技術(shù)，以譜吸收原理為基本，實現(xiàn)快速的高精檢測。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。因為激光卓越的單色性能，激光吸收譜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)測量某一氣體成分時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)成分真實濃度的線測量方式對轉(zhuǎn)爐氣體回收中氧含量的監(jiān)測也具有重要意義。
圖4 激光分析儀與傳統(tǒng)分析儀響應(yīng)時間的比較
LDS6分析儀內(nèi)置了標定單元，將分析儀器常需的人工外部標定工作內(nèi)置在分析儀內(nèi)部，由分析儀自動在每個測量周期都執(zhí)行一次標定和校準工作。此功能設(shè)計從根本上減輕了LDS6的維護工作量，也確保LDS6每時每刻均被校準與糾正，提高分析儀的測量精度。傳統(tǒng)的人工標定是一個周期性的工作（例如：每三個月標定一次），只有在每次標定時，使用者才可以確認儀表的偏差情況。在標定的間隙，使用者對于儀表的偏差情況根本無從考證，這對于痕量分析而言，誤差可能是巨大的。LDS6每個測量周期都在自我校準，每秒鐘進行數(shù)十次?？梢源_保每個測量數(shù)據(jù)都是“真實的”。每個歷史數(shù)據(jù)均可被放心用于性能對比研究，無需擔心儀表漂移等帶來的影響。LDS6的內(nèi)置參比池自標定技術(shù)已獲得德國TUV、美國EPA等權(quán)威機構(gòu)的認可。準確無漂的分析值對于轉(zhuǎn)爐氣體實時監(jiān)測CO、CO2含量，以及O2含量監(jiān)測等涉及工藝優(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增益控制（AGC）技術(shù)，可對粉塵進行動態(tài)補償，亦可適用于氣體組分劇烈變化的應(yīng)用。無論是粉塵含量變化還是氣體組變化，或是探頭對準度發(fā)生一定偏差的情況下，AGC技術(shù)都可以自動根據(jù)接收的信號強度控制增益，使得中央處理單元接收到的信號經(jīng)光纜傳輸后不至失真，為進一步信號處理提供足夠強度的信號。在轉(zhuǎn)爐氣體實時監(jiān)測過程中，CO、CO2的含量隨著脫碳進程而不斷快速、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)整個轉(zhuǎn)爐脫碳過程以及轉(zhuǎn)爐煤氣回收的分析要求。
3.2.4. 項目運行
兩套LDS6系統(tǒng)于2007年4月調(diào)試投運，總體運行情況良好。在運行初期曾出現(xiàn)吹掃效果不佳的現(xiàn)象，經(jīng)過對探頭吹掃管改進，問題已得到妥善解決。LDS6的測量分析結(jié)果準確，響應(yīng)快速。
3.2.5. 應(yīng)用體會
相比于傳統(tǒng)的抽取式分析儀，原位測量的分析分析儀LDS6響應(yīng)快速，測量準確。十分適合轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測和煤氣含氧量監(jiān)測等對分析儀響應(yīng)時間有高要求的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的抽取式紅外分析儀受到采樣，傳輸以及預(yù)處理的時間限制，整個系統(tǒng)的分析周期遠比原位式激光分析儀長。在類似天鐵轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測、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)場直接安裝，只需考慮探頭采用氮氣吹掃以保護透光鏡片、減少維護量，其余方面并無更多要求，簡化現(xiàn)場的施工及成本要求。
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，使用戶得到切實的利益。
圖5西門子激光分析儀在焦爐煤氣上的應(yīng)用