轧钢厂加热炉尾气监测技术在提高低热值煤气热值中的应用

时间：2019-02-20

　　加热炉的是冶金行业的关键设备之一，加热炉性能的好坏直接影响到产品质量的好坏，而加热炉燃料是影响加热炉性能的重要因素，因此根据生产需求合理控制、及时调整加热炉燃料热值、压力、成份、流量等参数是提高加热炉效率的有效措施。

　　随着河北省率先实施《炼焦化学工业大气污染物**低排放标准》和《钢铁工业大气污染物**低排放标准》，国家环保进入了史上较严阶段，钢铁热处理领域也面临了严厉挑战。越来越多的焦炉被关停，焦炉煤气正成为**资源，没有焦炉煤气混合的高炉或转炉煤气热值较低，很难安全燃烧，一直未能在高品质热处理炉上成功稳定使用。而采用天然气在很多地区又不具备条件，并且价格昂贵、吨钢燃气成本高。加上热处理炉尾气环节残氧含量检测方案的缺陷和缺失，热处理环节也经常出现钢坯发红，烧损严重等问题。

　　为保证轧钢加热炉高效运行，需要综合考虑燃料种类、预热温度和在某一空气系数下能保证完全燃烧的控制操作系统和设备，以达到较优燃烧效率与较佳空燃比。此外，空气过剩系数过大，会使废气量增加，废气热损失增大，燃烧温度降低；空气过剩系数过小，就会造成燃料的不完全燃烧，浪费燃料。故空燃比例不合理不仅影响加热炉生产率，而且造成加热炉单位燃耗的升高。

　　因此，通过在热处理炉前端对燃气进行热值检测，保证低热值的高炉、转炉混合煤气稳定、安全、高效加热；在热处理炉后端进行尾气成分及残氧量变化检测，优化空燃比，减少烧损，提高能效，节能减排。对实现热处理环节闭环控制、工艺优化与节能环保具有重大意义。

　　2018年，河北某钢铁中板厂热处理线项目于11月成功点火，该项目选用了湖北锐意自控系统有限公司的在线气体分析系统Gasboard-9031和在线气体分析系统Gasboard-9050用于在线监测加热炉前端热值，与后端尾气含量与残氧量变化，帮助实现了加热炉正火、淬火、回火工艺的稳定生产和污染排放控制。同时该项目成功克服了低热值高炉煤气**低排放加热技术难题，解决了低热值煤气不易点火、燃烧不稳定、爆燃等难题，为钢铁企业因国家环保升级缺焦无法保证炉内工艺稳定问题提供了一条有效的解决途径。

　　方案概述

　　项目采用湖北锐意自控系统有限公司在线气体分析系统Gasboard-9031进行在线监测CO、CO2、H2、O2、CH4等气体浓度及并自动计算热值，以此稳定燃气热值，降低单位能耗，保证加热炉生产率。采用在线气体分析系统Gasboard-9050在线连续监测烟气中O2、CO、NOx及SO2含量，优化空燃比，防止氧含量过高造成炉内金属被氧化，减少烧损，控制污染排放。

　　技术方案

　　在线气体分析系统Gasboard-9031

　　该在线气体分析系统由预处理单元、控制单元、分析单元三部分组成，测量点设置在加热炉燃气输送管道上。

　　预处理单元：采用不锈钢电加热温控干法取样探头+反吹扫技术解决探头堵塞问题，及电子冷凝器除去样气中的粉尘、水分等诸多杂质，为分析仪表提供洁净样气，同时具备可再生能力，保证系统运行稳定。

　　控制单元：采用SIEMENSPLC作为核心控制元件，OMRON中间继电器作为输出元件，控制系统自动运行。

　　分析单元：采用锐意自控自主知识产权的在线红外煤气分析仪Gasboard-3100，配置NDIR红外气体分析、H2热导传感器、O2电化学传感器等核心技术，精度高、响应快、寿命长、稳定性高，可实时快速检测合成气中CO、CO2、H2、O2、CH4等多组分浓度，并根据气体含量自动计算煤气热值，为现场工艺调整提供实时依据。

　　主要参数

　　测量组分	CO/CO2/H2/O2/CH4/热值

　　测量原理	CO/CO2/CH4:NDIR；H2:TCD；O2:ECD

　　测量范围	CO:(0~75)%；CO2:(0~50)%；CH4/H2:(0~10)%；O2:(0~5)%

　　测量精度	CO/CO2/CH4:≤±1%FS；H2/O2:≤±2%FS

　　响应时间	≤15s

　　自动校准	内置自动调零装置，可实现无标气自动校准

　　供电电源	220V±20%交流50Hz±1Hz

　　输出信号	标准RS-232/485、DC(4~20)mA电流输出

　　在线气体分析系统Gasboard-9050

　　该在线气体分析系统由预处理单元、控制单元、分析单元三部分组成，测量点设置在加热炉排烟管道上。

　　预处理单元：采用加热抽取法连续监测气态污染物，采样探头过滤面积大，滤芯更换方便。预处理系统主设备采用进口器件，有效防水、防尘、防腐、防堵，适应恶劣烟道环境。

　　控制单元：采用SIEMENSPLC作为核心控制元件，OMRON中间继电器作为输出元件，控制系统自动运行。系统功能丰富，可实现自动取样、吹扫、校准、故障自诊断、报警等功能。

　　分析单元：采用锐意自控自主知识产权的低量程红外烟气分析仪Gasboard-3000Plus，满足国家环保**低排放标准。可消除烟气流速、水分冷凝、气体干扰等因素对检测结果的影响，准确测量O2、CO、NOx、SO2等气体含量。

　　主要参数

　　测量组分	SO2/NOX/CO/O2

　　测量原理	SO2/NOX/CO:微流红外隔半气室技术；O2:电化学

　　测量量程	SO2/NOX:(0-500)mg/m3；CO:(0~2)%，O2:(0-25)%

　　测量精度	SO2/NOX/CO≤±1%FS；O2≤±2%FS

　　分辨率	SO2/NOX:1ppm；CO/O2:0.01%

　　自动校准	内置自动调零装置，可实现无标气自动校准

　　供电电源	220V±20%交流50Hz±1Hz

　　输出信号	标准RS-232/485、DC(4~20)mA电流输出

　　方案价值

　　项目业主根据实时燃气热值、尾气成分监测，进行闭环工艺调节、优化空燃比、控制污染排放。在稳定炉温，**生产的基础上，优化燃烧，优化燃气利用率，实现了高炉转炉低热值混合煤气，能够在中厚板轧制这种高品质热处理炉上的稳健运用。整套设备操作简单，响应时间快，并通过4~20mA信号输出，连接客户中控平台，便于业主远程监测与工艺管控。可以为后续产线进一步优化以及后期自动烧钢提供可靠的数据支持。

　　该设备热处理炉于2018年11月成功点火，目前已经实现正火、淬火、回火工艺的稳定生产。其中热处理炉工作温度300-980℃，采用低热值煤气**低排放型辐射管烧嘴脉冲燃烧，可根据在线分析系统的实时监测数据，建立低热值煤气**燃烧控制系统及控制策略，通过工艺过程的精准执行，炉温控制精度±5℃以内，实现了低热值煤气在热处理炉上的成功稳定应用，为该项目的产品升级提供了可靠基础。

词条
词条说明
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