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轉(zhuǎn)爐煤氣回收激光分析儀替代抽取式分析儀可行性分析

一、轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝背景介紹

轉(zhuǎn)爐是煉鋼廠的重要組成部分。轉(zhuǎn)爐冶煉燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的爐氣具有周期變化的特征，每爐次冶煉的周期為半小時(shí)左右，其中冶煉中期的10分鐘左右產(chǎn)生的爐氣中 含有較高的CO，其回收利用具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，一般每噸鋼可回收煤氣80-160m3，其回收的關(guān)鍵在于回收時(shí)間和煤氣熱值的控制。國內(nèi)鋼廠較多使用在 線取樣分析儀系統(tǒng)進(jìn)行煤氣回收，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煙氣溫度高達(dá)1200℃左右，經(jīng)蒸 發(fā)冷卻器（EC系統(tǒng)）、電除塵器(ESP系統(tǒng))除塵，再通過煤氣冷卻器(GC系統(tǒng))降溫后才可回收利用。轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO達(dá)到一定濃度，一般是28%以 上，即打開氣體切換站的回收側(cè)盅形閥進(jìn)入煤氣柜儲(chǔ)存，否則經(jīng)過放散側(cè)盅形閥通過放散塔點(diǎn)火燃燒；煤氣柜前的O₂激光分析保證煤氣柜內(nèi)O₂含量超標(biāo)后啟動(dòng)應(yīng) 急預(yù)案，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性， 煤氣柜中合格的煤氣才可送給用戶使用。

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(diǎn)：

（1）O₂ 含量低于2%。過多的氧氣會(huì)使煤氣柜內(nèi)氣體接近爆炸下限，使整個(gè)氣柜乃至廠區(qū)處于非常危險(xiǎn)的境地，必須嚴(yán)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(duì)于整個(gè)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(zhǔn)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)。

因此高爐煤氣回收，必須要安裝在線O₂，CO分析儀來確保煤氣回收工藝的實(shí)現(xiàn)。

二、使用激光氣體分析儀給企業(yè)帶來的的經(jīng)濟(jì)效益分析

山西國惠華光科技的GH-LGA-D20原位激光氣體分析儀直接安裝在煤氣管道分析，無需采樣、樣氣輸送、預(yù)處理系統(tǒng)等，響應(yīng)速度可達(dá)1 秒。圖4 為傳統(tǒng)抽取式紅外分析儀與激光氣體分析儀的分析結(jié)果比對(duì)圖。

備注：“黃線”抽取式測(cè)量法，響應(yīng)時(shí)間滯后嚴(yán)重44s

“黑線”激光響應(yīng)時(shí)間極快，1s

從圖中不難發(fā)現(xiàn)：

GH-LGA-D20 響應(yīng)速度遠(yuǎn)優(yōu)于抽取式分析儀數(shù)40多秒鐘的差異對(duì)于整個(gè)工藝過程（15-20 分鐘）有著天壤之別，可提高有效煤氣回收量，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

我們以XX鋼鐵為例，算一筆賬：

XX鋼鐵有2臺(tái)轉(zhuǎn)爐，煤氣流量為500-700立方/分鐘，煉鋼周期是每15分鐘一爐，每煉一爐鋼煤氣回收時(shí)間為8分鐘。假設(shè)每回收一次煤氣使用激光分析儀之后，由于激光分析儀響應(yīng)時(shí)間比目前的抽取式分析儀響應(yīng)時(shí)間縮短44秒，一次煤氣回收可多回收煤氣44秒。

一次回收可多回收煤氣為：600立方/60*44=440立方

假設(shè)每15分鐘回收一爐，每天可回收96爐，每天可多回收煤氣：

96*440=4.2萬立方

假設(shè)每立方煤氣價(jià)格0.1元：每天每個(gè)煉鋼轉(zhuǎn)爐可多產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：4200元，2臺(tái)轉(zhuǎn)爐煤氣回收每天可多產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益8400元，即使按照理論值得50%計(jì)算使用激光氣體分析儀之后一年可給企業(yè)額外產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約：150萬元/年。

該計(jì)算還未考慮，使用抽取式分析儀的配件費(fèi)，維護(hù)人工費(fèi)等，每年大約2-3萬元。使用激光氣體分析儀之后，由于設(shè)備沒有耗材，無需維護(hù)，每年2-3萬元的設(shè)備配件費(fèi)也可省下。

三、傳統(tǒng)抽取式氣體分析系統(tǒng)方案有如下缺陷：

（1） 數(shù)據(jù)分析有明顯滯后性，因?yàn)閿?shù)據(jù)分析單元作出分析前，需要經(jīng)過樣氣抽取、傳輸、水洗油洗、冷凝、干燥等多個(gè)環(huán)節(jié)，時(shí)間滯后約45秒以上。如果突發(fā)故障導(dǎo)致氧含量躥升，不能迅速作出分析，及時(shí)聯(lián)動(dòng)緊急停車動(dòng)作，有潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2） 數(shù)據(jù)分析延遲，造成煤氣回收量減少。分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確造成煤氣放散浪費(fèi)或者不合格回收造成回收的煤氣熱值降低，都造成經(jīng)濟(jì)損失。

（3） 樣氣預(yù)處理環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致故障率高，特別是紅抽取外式不能適應(yīng)濕法除塵的工藝要求，含水量大造成氣路堵塞，分析儀不能正常工作。

（4） 運(yùn)行費(fèi)用高：預(yù)處理系統(tǒng)維護(hù)太過頻繁，經(jīng)常損壞，維修頻繁，需備品備件等耗材，此費(fèi)用一年約3萬元。況且備件耗材供貨不能及時(shí)到位。

（5） 維護(hù)量大，需要投入大量人力資源頻繁維護(hù)，維修。

由于現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)局限性。抽取式紅外式氣體分析儀升級(jí)為原位分析系統(tǒng)已經(jīng)是鋼鐵業(yè)主流，我國山東河北江蘇等省份90%以上鋼鐵廠家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了原位激光分析儀的普及。

四、使用激光氣體分析儀的安全效益

（1）激光氣體分析技術(shù)測(cè)量靈敏度高。GH-LGA-D20基于TDLAS技術(shù)，以激光光譜吸收原理為基本，實(shí)現(xiàn)快速的高精檢測(cè)。。

（2）原位激光氣體分析儀響應(yīng)時(shí)間≤1在氧含量超標(biāo)之后可立即測(cè)量響應(yīng)，對(duì)控制系統(tǒng)迅速做出反饋，而抽取式不能立即響應(yīng)氧含量超標(biāo)，如某次煤氣氧含量較高超標(biāo)，抽取式分析儀有44秒的滯后，容易把氧含量超標(biāo)的煤氣送入煤氣柜，有一定的安全隱患。

（3）原位激光氣體分析儀運(yùn)行可靠穩(wěn)定，基本可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。故障率極低，而抽取式分析技術(shù)，經(jīng)常發(fā)生氣體采樣管路堵塞，故障頻繁，有很大安全隱患。也影響煤氣回收效率。

總上所述，無論從經(jīng)濟(jì)效益角度還是企業(yè)安全生產(chǎn)保障角度來分析，激光氣體分析技術(shù)比目前市場(chǎng)上的抽取式氣體分析系統(tǒng)具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用案例：天津天鐵冶金集團(tuán)、興泰鋼鐵、興源鋼鐵集團(tuán)、銘福鋼鐵 、濰坊特鋼等等