
技術支持
Technical support
激光事業(yè)部始創(chuàng)團隊,由”加拿大皇家科學院院士”、“國家千人計劃”專家劉惠春院士創(chuàng)建。
轉爐煤氣回收激光分析儀替代抽取式分析儀可行性分析
一、轉爐煤氣回收工藝背景介紹
轉爐是煉鋼廠的重要組成部分。轉爐冶煉燃燒反應產(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)濟價值,一般每噸鋼可回收煤氣80-160m3,其回收的關鍵在于回收時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)進行煤氣回收,轉爐產(chǎn)生的煙氣溫度高達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。轉爐煤氣中的CO達到一定濃度,一般是28%以 上,即打開氣體切換站的回收側盅形閥進入煤氣柜儲存,否則經(jīng)過放散側盅形閥通過放散塔點火燃燒;煤氣柜前的O2激光分析保證煤氣柜內(nèi)O2含量超標后啟動應 急預案,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
結果至關重要,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現(xiàn)。
二、使用激光氣體分析儀給企業(yè)帶來的的經(jīng)濟效益分析
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、預處理系統(tǒng)等,響應速度可達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果比對圖。
備注:“黃線”抽取式測量法,響應時間滯后嚴重44s
“黑線”激光響應時間極快,1s
從圖中不難發(fā)現(xiàn):
GH-LGA-D20 響應速度遠優(yōu)于抽取式分析儀數(shù)40多秒鐘的差異對于整個工藝過程(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)濟效益。
我們以XX鋼鐵為例,算一筆賬:
XX鋼鐵有2臺轉爐,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間為8分鐘。假設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時間比目前的抽取式分析儀響應時間縮短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
假設每立方煤氣價格0.1元:每天每個煉鋼轉爐可多產(chǎn)生經(jīng)濟效益:4200元,2臺轉爐煤氣回收每天可多產(chǎn)生經(jīng)濟效益8400元,即使按照理論值得50%計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)濟效益約:150萬元/年。
該計算還未考慮,使用抽取式分析儀的配件費,維護人工費等,每年大約2-3萬元。使用激光氣體分析儀之后,由于設備沒有耗材,無需維護,每年2-3萬元的設備配件費也可省下。
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,因為數(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、干燥等多個環(huán)節(jié),時間滯后約45秒以上。如果突發(fā)故障導致氧含量躥升,不能迅速作出分析,及時聯(lián)動緊急停車動作,有潛在安全風險。
(2) 數(shù)據(jù)分析延遲,造成煤氣回收量減少。分析數(shù)據(jù)不準確造成煤氣放散浪費或者不合格回收造成回收的煤氣熱值降低,都造成經(jīng)濟損失。
(3) 樣氣預處理環(huán)節(jié)多,導致故障率高,特別是紅抽取外式不能適應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) 運行費用高:預處理系統(tǒng)維護太過頻繁,經(jīng)常損壞,維修頻繁,需備品備件等耗材,此費用一年約3萬元。況且備件耗材供貨不能及時到位。
(5) 維護量大,需要投入大量人力資源頻繁維護,維修。
由于現(xiàn)有設備技術局限性。抽取式紅外式氣體分析儀升級為原位分析系統(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)激光氣體分析技術測量靈敏度高。GH-LGA-D20基于TDLAS技術,以激光光譜吸收原理為基本,實現(xiàn)快速的高精檢測。。
(2)原位激光氣體分析儀響應時間≤1在氧含量超標之后可立即測量響應,對控制系統(tǒng)迅速做出反饋,而抽取式不能立即響應氧含量超標,如某次煤氣氧含量較高超標,抽取式分析儀有44秒的滯后,容易把氧含量超標的煤氣送入煤氣柜,有一定的安全隱患。
(3)原位激光氣體分析儀運行可靠穩(wěn)定,基本可實現(xiàn)免維護。故障率極低,而抽取式分析技術,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,激光氣體分析技術比目前市場上的抽取式氣體分析系統(tǒng)具有無法比擬的優(yōu)勢。
應用案例:天津天鐵冶金集團、興泰鋼鐵、興源鋼鐵集團、銘福鋼鐵 、濰坊特鋼等等
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