紅外煤氣分析儀在煤氣站的應用

煤氣熱值是燃氣*主要的質量指標，及時準確地測量煤氣熱值,對于合理生產和有效利用燃氣能源有著重要的意義。因此，冶金行業歷來都很重視對煤氣熱值的監測。熱值分析是煤氣混合站中較為關鍵的環節，擔負著煤氣混合站的一個重要工藝值---煤氣熱值的檢測，對于保證工藝設備正常、提高燃燒效率和改善煉鋼品質起著舉足輕重的作用。

煤氣混合站通常是將高爐煤氣與焦爐煤氣加壓后再混合，形成穩定的混合煤氣送往工業用戶作為生產燃料，混合煤氣熱值要求穩定在一定值。為保證煤氣熱值的穩定，*必須測量混合煤氣的熱值，并指導調節煤氣混合比例，即高焦比。

通常的熱值測試方法有人工分析和燃燒熱值儀兩種。

人工分析方法是奧氏氣體分析儀進行煤氣成分分析。全分析項為CO2、CnHm、O2、CO、CH4、H2和N2 ,前4項用吸收法測定,CH4、H2用燃燒法測定，剩余氣體視為N2的體積。*后通過經驗公式Q = K1·V (CO)+ K2·V (H2 ) + K3 ·V (CH4)算得煤氣熱值(其中K1、K2、K3為經驗系數)。這樣化驗過程*產生了人工取樣誤差、時間滯后操作誤差、人工讀數視覺誤差和人工計算誤差等。這些都是不可去除的誤差。其次分析取樣間隔是2小時(一次全化驗所需時間)甚至更長，滿足不了對煤氣混合比例實時調節的需求。

燃燒法熱值儀可以實現對煤氣熱值的連續自動分析，但使用維護要求較高，成本相對昂貴，在實際應用還存在以下問題：1.由于煤氣中雜質較多，例如高爐煤氣中的粉塵，焦爐煤氣中的焦油等，經常造成預處理裝置中減壓閥和精過濾器堵塞，進氣壓力過低，*終導致分析值較低，甚至造成熄火，分析中止；2.另外煤氣中的濕度較大時，分析過程中容易會在管道內產生冷凝水，導致管道堵塞，嚴重影響分析；3.熱值儀測量值有少許滯后，往往與計算值相差1MJ左右，導致整個混合站不能取得良好的控制效果；4.熱值儀分析室內燃燒后產生的廢氣充斥在整個分析室，沒有得到有效排放，影響分析時熱平衡，也會導致分析測量產生誤差。

近年來紅外煤氣分析儀越來越多地應用于實際熱值分析當中。紅外煤氣分析儀采用紅外傳感器測量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、CnHm的濃度，使用熱導傳感器測量H2的濃度，使用電化學傳感器測量O2濃度，同時根據測量成分的濃度，計算得到煤氣的理論熱值。紅外煤氣分析儀取代了奧氏氣體分析儀的人工取樣和人工分析環節，可實現自動化測量，避免了人工誤差；同時預處理系統和儀器相對燃燒法熱值儀具有結構簡單，操作維護方便的特點，更加適合煤氣站實時在線的分析要求。

通過實踐，對煤氣站控制系統調整如下圖。預處理系統從混合煤氣管道取樣并對樣氣做除塵、除焦和脫水的處理，保證紅外煤氣分析儀的測試條件。紅外煤氣分析儀分析混合煤氣各組分成分并給出測量熱值。為保證混合煤氣熱值控制在一定值范圍內，混合煤氣實際測量值將引入比值調節系統,用來對高焦比進行修正。調節指令通過計算機和PLC控制器來控制焦爐煤氣管道上調節閥的動作，以得到*終的混合煤氣熱值。

工業用戶對煤氣的質量要求很高,為了提高燃燒效率,確保產品質量,必須保證混合送出的煤氣具有恒定的熱值,所以熱值儀的測量準確與否將直接關系到混合站的正常運行。

為了得到*的煤氣熱值，紅外煤氣分析儀必須具備H2測量補償功能。熱導傳感器用于測量多種混合氣體時，必然要考慮到煤氣中其他氣體的影響因素。不同氣體的熱導系數差異較大，影響也*不同。常見氣體的熱導系數如下表所示：

從上表可以看出，煤氣主要成分中CO、O2與背景氣N2的熱導系數相當，對H2的測量結果影響不大，但是CO2、CH4對H2測量影響明顯。通過理論分析及實驗表明，如果氣體成分中含有CO2，會使H2的測量讀數偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數偏高。因此為了得到準確的H2含量，應對H2濃度進行CO2、CH4的濃度校正。此外由于熱導傳感器的基本原理是通過對氣體流動帶走的熱量進行換算，如果采用直接流通式的熱導檢測池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數，為了得到*的煤氣熱值，煤氣分析儀還必須實現CH4、CnHm無干擾測試。大多數紅外分析儀僅以CH4為測試對象，折合成碳氫化合物總量計算熱值。煤氣成份中，特別是焦爐煤氣，除甲烷外，還含有其他碳氫化合物等成分。根據紅外吸收原理，如圖1，乙烷等碳氫化合物在甲烷的特征波長3.3um左右有明顯吸收干擾。當煤氣中其他碳氫化合物含量較大時，CH4的測試值會明顯偏大，導致熱值測試不準，其熱值測試值也無法保證精度。

圖1：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的紅外吸收光譜

紅外煤氣分析儀可通過對特殊氣體過濾實現無干擾測量煤氣成分，來保證*分析使得測量熱值的準確，可有效地用于混合煤氣的高焦比調節，保證了煤氣站出廠煤氣熱值的相對穩定，提高了煤氣質量。其測量的煤氣成分數據和熱值還可提供給煤氣站用戶用于生產指導或燃燒控制，提高了煤氣的利用效率。