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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分鐘左右產生的爐氣中 含有較高的CO，其回收利用具有很高的經濟價值，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。國內鋼廠較多使用在 線取樣分析儀系統進行煤氣回收，轉爐產生的煙氣溫度高達1200℃左右，經蒸 發冷卻器（EC系統）、電除塵器(ESP系統)除塵，再通過煤氣冷卻器(GC系統)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O₂含量超標后啟動應 急預案，保證系統的穩定性和安全性， 煤氣柜中合格的煤氣才可送給用戶使用。

為了(le)(le)有(you)效、安(an)全地回收(shou)轉(zhuan)爐(lu)煤(mei)(mei)氣(qi)，在煤(mei)(mei)氣(qi)柜前安(an)裝了(le)(le)三(san)閥(fa)組，可(ke)以控制煤(mei)(mei)氣(qi)的(de)回收(shou)或放散。判斷(duan)的(de)依據(ju)有(you)三(san)點：

（1）O₂ 含量低于2%。過多的氧氣會使煤氣柜內氣體接近爆炸下限，使整個氣柜乃至廠區處于非常危險的境地，必須嚴格控制回收氣體內的氧氣含量，一旦高于2%，三閥組將氣體放散。

（2）CO 含量大于35%。回收(shou)轉爐(lu)煤氣是為了利用其中(zhong)大量的可(ke)燃成分(fen)（主要是CO），分(fen)析CO 的含量，可(ke)以確保回收(shou)高質量的氣體作為二次能源。

（3）氣柜內仍有空間存放煤氣。對于整個煤氣的回收控制，O₂、CO 的分析

結果至關(guan)重要，必(bi)須滿足準確(que)、快速的(de)要求，這不僅是從工藝控制優(you)化的(de)角度出發，更關(guan)系(xi)到安全生產(chan)。

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。

二、使用激光氣體分析儀給企業帶來的的經濟效益分析

山(shan)西(xi)國惠華光科(ke)技的(de)GH-LGA-D20原位激(ji)光氣(qi)體(ti)分析(xi)(xi)(xi)儀(yi)直接(jie)安裝在煤氣(qi)管道分析(xi)(xi)(xi)，無需采樣、樣氣(qi)輸(shu)送、預處理系統(tong)等，響應速(su)度可(ke)達1 秒。圖4 為傳統(tong)抽取式(shi)紅外分析(xi)(xi)(xi)儀(yi)與激(ji)光氣(qi)體(ti)分析(xi)(xi)(xi)儀(yi)的(de)分析(xi)(xi)(xi)結果比對圖。

備注：“黃(huang)線”抽(chou)取式(shi)測量法(fa)，響應時間滯(zhi)后嚴重44s

“黑線”激光響應時間(jian)極快(kuai)，1s

從(cong)圖(tu)中不難發現：

GH-LGA-D20 響應速(su)度遠(yuan)優于抽取式分析(xi)儀(yi)數40多秒鐘的差異(yi)對于整(zheng)個工藝過程（15-20 分鐘）有著天壤之別，可提(ti)高有效煤氣回(hui)收量(liang)，增(zeng)加(jia)企業經濟效益(yi)。

我(wo)們以XX鋼鐵為例，算一(yi)筆(bi)賬(zhang)：

XX鋼鐵有2臺轉爐(lu)，煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)流量(liang)為500-700立方/分(fen)(fen)鐘(zhong)，煉(lian)鋼周期是每(mei)15分(fen)(fen)鐘(zhong)一(yi)(yi)爐(lu)，每(mei)煉(lian)一(yi)(yi)爐(lu)鋼煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)回(hui)收(shou)時(shi)間(jian)為8分(fen)(fen)鐘(zhong)。假(jia)設(she)每(mei)回(hui)收(shou)一(yi)(yi)次煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)使用激光分(fen)(fen)析儀(yi)之后，由于激光分(fen)(fen)析儀(yi)響應時(shi)間(jian)比(bi)目前的抽(chou)取式(shi)分(fen)(fen)析儀(yi)響應時(shi)間(jian)縮短44秒，一(yi)(yi)次煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)回(hui)收(shou)可多回(hui)收(shou)煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)44秒。

一次回(hui)收(shou)可(ke)多回(hui)收(shou)煤氣為：600立方/60*44=440立方

假設每(mei)15分鐘回收(shou)一(yi)爐(lu)，每(mei)天(tian)(tian)可回收(shou)96爐(lu)，每(mei)天(tian)(tian)可多回收(shou)煤(mei)氣：

96*440=4.2萬(wan)立方(fang)

假設每(mei)立方煤(mei)氣價格0.1元(yuan)：每(mei)天每(mei)個(ge)煉鋼轉(zhuan)爐可(ke)(ke)多產(chan)生經濟效(xiao)(xiao)益：4200元(yuan)，2臺(tai)轉(zhuan)爐煤(mei)氣回收每(mei)天可(ke)(ke)多產(chan)生經濟效(xiao)(xiao)益8400元(yuan)，即使按照理論(lun)值(zhi)得50%計(ji)算(suan)使用激光(guang)氣體分析(xi)儀(yi)之(zhi)后一(yi)年可(ke)(ke)給企業額外產(chan)生經濟效(xiao)(xiao)益約：150萬元(yuan)/年。

該(gai)計算還未考慮，使(shi)用抽取式(shi)分(fen)(fen)析儀的(de)配件費，維護人工(gong)費等，每年大約2-3萬元。使(shi)用激光氣體(ti)分(fen)(fen)析儀之后，由于設備沒有耗材，無需維護，每年2-3萬元的(de)設備配件費也可(ke)省下。

三、傳統抽取式氣體分析系統方案有如下缺陷：

（1） 數(shu)據分析(xi)(xi)有明顯(xian)滯(zhi)后(hou)性，因為數(shu)據分析(xi)(xi)單元作出分析(xi)(xi)前，需要經過樣氣抽取、傳輸(shu)、水(shui)洗油洗、冷凝、干燥等多(duo)個環(huan)節，時間滯(zhi)后(hou)約45秒以上。如果突發(fa)故障(zhang)導致(zhi)氧含量躥升，不能迅(xun)速作出分析(xi)(xi)，及(ji)時聯動(dong)緊急停車(che)動(dong)作，有潛在(zai)安全風險。

（2） 數據(ju)分析延遲，造(zao)成煤氣(qi)(qi)回(hui)收(shou)量減少。分析數據(ju)不(bu)準確造(zao)成煤氣(qi)(qi)放散浪費或(huo)者不(bu)合格回(hui)收(shou)造(zao)成回(hui)收(shou)的(de)煤氣(qi)(qi)熱值降低，都造(zao)成經濟損失。

（3） 樣氣(qi)預處理(li)環節(jie)多，導致故障(zhang)率高，特(te)別(bie)是紅抽取外式不能適應濕法除塵的工(gong)藝(yi)要求，含水(shui)量大造成氣(qi)路堵塞，分析儀不能正(zheng)常工(gong)作。

（4） 運行費用(yong)高：預處理(li)系統維(wei)護(hu)太過頻(pin)繁，經常損壞，維(wei)修頻(pin)繁，需備品備件等耗材(cai)，此費用(yong)一年(nian)約3萬元。況且備件耗材(cai)供(gong)貨不能及(ji)時(shi)到(dao)位(wei)。

（5） 維(wei)護(hu)量大，需(xu)要投(tou)入(ru)大量人力資源頻繁維(wei)護(hu)，維(wei)修。

由于現有設備技術局限性。抽(chou)取式紅外(wai)式氣體分(fen)析(xi)儀升級為原(yuan)位分(fen)析(xi)系統已(yi)經是鋼(gang)鐵(tie)業主流，我(wo)國山東河北(bei)江蘇等省(sheng)份90%以上鋼(gang)鐵(tie)廠家已(yi)經實現了原(yuan)位激光分(fen)析(xi)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(ji)(ji)術(shu)測(ce)量靈敏度高。GH-LGA-D20基于TDLAS技(ji)(ji)術(shu)，以(yi)激光光譜吸收原理(li)為基本，實現快速的高精檢測(ce)。。

（2）原(yuan)位激(ji)光氣(qi)體分析(xi)儀(yi)響應時間≤1在氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)超標之(zhi)后可立(li)即測量(liang)響應，對控制系統迅(xun)速做出反(fan)饋，而抽取式不(bu)能立(li)即響應氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)超標，如某次(ci)煤氣(qi)氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)較高(gao)超標，抽取式分析(xi)儀(yi)有44秒的(de)滯后，容(rong)易把氧(yang)(yang)(yang)含量(liang)超標的(de)煤氣(qi)送入煤氣(qi)柜，有一定的(de)安全隱(yin)患。

（3）原位激光(guang)氣(qi)體(ti)分析儀運行可靠穩定(ding)，基本可實現(xian)免(mian)維護(hu)。故障率(lv)極低，而抽取(qu)式(shi)分析技(ji)術(shu)，經(jing)常發生氣(qi)體(ti)采樣(yang)管路(lu)堵塞，故障頻繁，有很大安全隱患。也影響煤(mei)氣(qi)回收效率(lv)。

總(zong)上所述，無(wu)論從經濟效(xiao)益角(jiao)(jiao)度還是企業安全(quan)生產保障角(jiao)(jiao)度來分析(xi)，激光氣體分析(xi)技(ji)術比目前市場(chang)上的抽(chou)取式氣體分析(xi)系統具有(you)無(wu)法比擬的優勢(shi)。

應用案例：天津天鐵冶金(jin)集團、興泰鋼(gang)(gang)鐵、興源鋼(gang)(gang)鐵集團、銘福(fu)鋼(gang)(gang)鐵 、濰坊特鋼(gang)(gang)等等