鋼鐵冶金行業(yè)安全氣體(CO、O2)監(jiān)測方案
1. 鋼鐵冶金過程中煙氣在線監(jiān)測的必要性
1.1 有利于資源再利用,降低企業(yè)成本
一般來說,每生產(chǎn)1t粗鋼約需2.1×107kJ的能量,約能產(chǎn)生4.2×106kJ的高爐煤氣、4.2×106kJ的焦?fàn)t煤氣及1.0×104kJ的轉(zhuǎn)爐煤氣,副產(chǎn)煤氣約占鋼鐵企業(yè)能源總收入的30%-40%。因此,實現(xiàn)副產(chǎn)煤氣的回收再利用可以極大地降低鋼鐵冶金產(chǎn)業(yè)的成本,實現(xiàn)資源的有效利用。而煤氣是否有回收的價值,取決于煤氣中CO等能源氣體的濃度,CO和O2在線監(jiān)測系統(tǒng)是測量氣體濃度的關(guān)鍵。
1.2 保證生產(chǎn)行為的安全性
高爐和焦?fàn)t煤氣中的CO濃度較高,它在空氣中的混合爆炸極限為12.5%~74%,只要濃度達(dá)到爆炸極限,遇到明火極容易發(fā)生爆炸。一氧化碳的危害性和爆炸可能性均與其濃度相關(guān),因此必須采用先進(jìn)的技術(shù)對煤氣中的CO和O2進(jìn)行實時監(jiān)測。
1.3 環(huán)境保護(hù)的需要
目前我國現(xiàn)有20余家年產(chǎn)鋼量400-2000萬噸的鋼鐵聯(lián)合企業(yè),其中相當(dāng)一部分企業(yè)高爐煤氣排放量為10-30萬m3/H。按照這樣的排放量來推理可知冶金企業(yè)可以嚴(yán)重影響周圍數(shù)公里的空氣質(zhì)量,造成大氣污染。嚴(yán)重的空氣污染不僅危害著周圍居民的身體健康,同時惡化了生態(tài)環(huán)境??傊苯鹌髽I(yè)周邊環(huán)境的質(zhì)量的優(yōu)劣與其排放的CO的濃度關(guān)系密切。
2. 煙氣在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀
目前在國內(nèi)煤氣的非分光紅外氣體檢測和電化學(xué)檢測等方法和光譜吸收型激光傳感技術(shù)。其優(yōu)缺點對比如表1:
表1 煙氣在線監(jiān)測已有技術(shù)優(yōu)缺點比較
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優(yōu)點 |
缺點 |
電化學(xué)檢測法 |
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非分光紅外氣體檢測法 |
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可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù) |
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價格相對較高 |
3. 鋼鐵冶金行業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案
3.1 監(jiān)測儀器選擇及儀器原理
選取以基于可調(diào)諧二極管(TDLAS)激光吸收光譜技術(shù)的激光在線氣體分析儀(圖1)為本方案中所需的監(jiān)測設(shè)備。
圖1 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V示意圖
這項技術(shù)的基本原理是Lamber-Beer定律(圖2),氣體吸收激光的強(qiáng)度與其濃度成正比,通過測量氣體吸收激光強(qiáng)度可計算出氣體濃度。大多數(shù)氣體只吸收特定波長的光。激光的發(fā)射波長隨二極管溫度和電流的變化而改變,激光二極管安裝了半導(dǎo)體制冷器和溫度傳感器使得發(fā)射波長穩(wěn)定。
3.2 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)組成
根據(jù)鋼鐵冶金的過程以及實際監(jiān)測需要,安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)由3個部分組成,分別為轉(zhuǎn)爐煤氣監(jiān)測、高爐煤氣監(jiān)測和焦?fàn)t煤氣監(jiān)測。
3.2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣監(jiān)測
如圖2可見,在回收側(cè)盅形閥/分散側(cè)盅形閥前布設(shè)煙氣在線分析儀,只有當(dāng)通過CO在線監(jiān)測系統(tǒng)測得轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO濃度在30%以上時,才打開氣體切換站的回收側(cè)盅形閥進(jìn)入煤氣柜儲存,否則通過分散側(cè)盅形閥通過放散塔點火燃燒。在煤氣柜前布設(shè)煙氣在線分析儀,只有在線監(jiān)測系統(tǒng)測分析保證煤氣柜內(nèi)O2含量不會超標(biāo)(控制在1%以下)才允許焦煤煤氣進(jìn)入煤氣柜,否則啟動停止回收,以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
圖2 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中監(jiān)測點的布設(shè)
3.2.2 高爐煤氣監(jiān)測
如圖3所示,根據(jù)工藝生產(chǎn)和安全要求,高爐煤氣監(jiān)測系統(tǒng)點位布設(shè)分為以下幾個部分:
(1)監(jiān)測點1:高爐煤氣分析,CO和CO2,控制高爐爐況和回收能源氣;
(2)監(jiān)測點2:分析熱風(fēng)爐煙氣中O2,監(jiān)控?zé)犸L(fēng)爐燃燒狀態(tài)和優(yōu)化燃燒效率;
(3)監(jiān)測點3、4:分別為磨機(jī)入口和布袋出口,監(jiān)測O2是否超限,起安全檢測和控制作用;
(4)監(jiān)測點5:監(jiān)控煤粉倉內(nèi)CO是否超限,避免煤粉倉內(nèi)煤粉自燃。
圖3 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V在高爐系統(tǒng)中監(jiān)測點的布設(shè)
3.2.3 焦?fàn)t煤氣監(jiān)測
如圖4所示,根據(jù)工藝生產(chǎn)和安全要求,焦?fàn)t煤氣監(jiān)測系統(tǒng)點位布設(shè)位于電捕捉器中,分析控制電捕焦油器中的O2,防止煤氣與O2混合達(dá)到一定比例爆炸。
圖4 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V在焦?fàn)t系統(tǒng)中監(jiān)測點的布設(shè)
4. 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V系統(tǒng)概述
4.1 性能特點
GALAS 6V系列激光氣體分析儀由于采用了激光半導(dǎo)體二極管吸收光譜(TDLAS)技術(shù),從根本上解決了采樣預(yù)處理帶來的諸如響應(yīng)滯后、維護(hù)頻繁、易堵易漏、易損件和運行費用高等各種問題。
4.2 GALAS 6V系列的主要技術(shù)指標(biāo)
表2 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V測量指標(biāo)
測量氣體 |
O2 |
CO |
H2O |
測量范圍(標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境) |
0-100% |
0-2% |
0-20% |
最低的檢測限制 |
100ppm-v |
1ppm-v |
5ppm-v |
準(zhǔn)確性(包括噪音,線性和重復(fù)性) |
±2%/100ppm |
±2%/1ppm |
±2%/10ppm |
分辨率 |
100ppm-v |
1ppm |
5ppm |
響應(yīng)時間(T90) |
< 2 s |
< 4 s |
< 4 s |
吹掃氣 |
0.3~0.8Mpa工業(yè)氮氣 |
0.3~0.8Mpa工業(yè)氮氣 |
0.3~0.8Mpa工業(yè)氮氣 |
待測氣體壓力范圍 |
0.8bar~5bar(絕壓) |
0.8bar~2bar(絕壓) |
0.8bar~2bar(絕壓) |
待測氣體的溫度范圍 |
<80℃ |
||
取樣速率 |
1s |
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漂移 |
可以忽略(在每個測量周期小于測量范圍的2%) |
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預(yù)熱時間 |
通常<1分鐘 |
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工作溫度范圍 |
探桿工作溫度范圍 (在線安裝) :-20 ~ +55℃ (-4~131oF) |
||
防護(hù)等級 |
IP66 |
4.3 現(xiàn)場譜圖數(shù)據(jù)
下圖為寧夏某鋼鐵廠實際應(yīng)用GALAS 6V測量CO和O2的工作圖譜:
圖5 氧氣不煉鋼時譜圖
圖6 一氧化碳煉鋼時譜圖
圖7 煉鋼歷史數(shù)據(jù)
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