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如何对气烧石灰窑的入炉煤气热值进行准确测量

更新时间:2017-04-10      点击次数:929

    因入炉煤气资源丰富,且属于可被循环利用的废气,故煤气是气烧石灰窑的燃料,如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电石尾气(煤气)、发生炉煤气等。由于气烧石灰窑的煅烧温度,关系到石灰质量,煅烧温度又与入炉煤气的热值直接相关,同时入炉煤气热值高、火焰短等因素易造成石灰窑的过烧或生烧现象,所以必须对入炉煤气的热值进行分析,以便现场工作人员根据实际工况调节窑内煅烧温度,提高气烧石灰窑的生产效率与企业经济效益。

煤气分析仪(在线型)Gasboard-3100

    煤气中贡献热值的气体有COCH4CnHmH2,所以在实际生产过程中,企业多采用在线煤气成分及热值分析仪对入炉煤气浓度进行实时在线测量,并根据成分浓度计算得出煤气的热值。由四方光电(武汉)仪器有限公司研发推出的煤气分析仪(在线型)Gasboard-3100采用将自主知识产权的红外气体传感器与基于MEMS技术的热导传感器、电化学O2传感器相结合的方法,以消除气体间的相互干扰和外界因素对测量结果的影响,实现对煤气中COCO2CH4CnHmH2及O2多组分的同时测量,并根据组分浓度计算得出准确度高的煤气热值,可替代燃烧法热值仪。

一、COO2CO2CH4H2干扰校正

    从上表可以看出,煤气主要成分中COO2与背景气N2的热导系数相当,对H2的测量结果影响不大,但是CO2CH4H2测量影响明显。通过理论分析,如果气体成分中含有CO2,会使H2的测量读数偏低;如果气体成分中含有CH4会使H2的测量读数偏高。因此为了得到准确的H2浓度,需H2浓度进行CO2CH4的浓度校正。

    此外,对于检测H2的热导测量通道,实验证明,煤气成分中CO、O2对H2的测量准确性影响不大,主要是CO2、CH4的影响。Gasboard-3100可对煤气中的各组分进行分析测量,并将各组分间的相互影响进行浓度校正和补偿,zui大限度的减小煤气中CO、O2、CO2CH4H2的影响,保证H2浓度测量的准确性。

二、控制流量波动对H2测量的影响

    由于热导传感器的基本原理是通过对气体流动带走的热量计算进行换算,如果采用直接流通式的热导检测池,很难控制气流,从而影响H2浓度的准确测量;且目前国内对H2浓度的分析大都采用双铂丝热敏元件制成的热导元件,体积大精度低,传感器死区大。Gasboard-3100配置了基于MEMS技术的热导传感器,采用了旁流扩散式的热导检测池,流量在0.3~1.5L/min的范围内波动对热导传感器的测量无影响,可有效减少因流量波动对H2浓度测量结果的影响。

旁流扩散式的热导检测池

三、CnHm浓度测量,保证热值测量准确性

    在煤气成份中,特别是焦炉煤气,除CH4外,还含有CnHm。现市面上大多数红外分析仪仅以CH4为测量对象,并以此来计算煤气热值。而Gasboard-3100除对CH4浓度进行测量外,同时还可测量CnHm浓度(如C3H8),将CH4与CnHm的浓度折合成碳氢化合物的总量,以此计算得出煤气热值,保证入炉煤气热值测量的准确性。

四、CnHmCH4干扰的浓度修正

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的红外吸收光谱

    根据红外吸收原理,在甲烷特征波长3.3um左右,甲烷与乙烷等碳氢化合物有吸收干扰,从而导致热值测试不准。对此,Gasboard-3100在软件上进行了升级,产品采用abc系数修正算法,预先软件运算过程中插入CnHm与CH4的浓度修正系数修正CnHm与CH4的相互干扰,确保测量结果的准确性。

五、单光源、双光束减小零点与量程漂移

    为减少因为光源不稳定以及电子元器件老化造成的零点和量程漂移,Gasboard-3100内置了自动调零装置,可实现对仪器零点的自动标定,以减小零点漂移,相应减小量程漂移。同时,Gasboard-3100基于NDIR气体分析技术,采用单光源双光束法对煤气中不同波长的组分进行测量。光源经过两个不同波长的滤光片,进行滤光处理,得到两个不同波长的信号:检测信号与参考信号。检测信号与参考信号的强度之比与光源强度的波动及电子元器件的老化等因素无关,这样就zui大限度的减小了光源不稳定及电子元器件老化造成的零点、量程漂移,从而保障了仪器测量的准确性与稳定性。

单光源、双光束技术原理图

    高准确度的煤气热值有利于正确指导工作人员调节现场工况,保证石灰窑炉的煅烧温度,既能提高出炉石灰的质量,又可合理使用回收煤气,真正地实现节能降耗,提高企业经济效益。作为武汉四方光电旗下的全资子公司,锐意自控始终秉承“把握关键技术,实现产业创新”的发展理念,以自主知识产权的传感器核心技术为依托,致力于煤气分析仪器的研发创新、生产及销售,为我国煤气能源的利用提供更加合理、有效的行业解决方案。

来源:公众号@工业过程气体监测技术,转载请务必注明来源

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