四方仪器|冶金行业在线监测煤气成分的有效实施方案

　　根据钢铁冶金的过程以及实际监测需要，其安全生产监测系统主要由焦炉煤气监测、高炉煤气监测和转炉煤气监测3个部分组成。对其工艺过程中产生的气体成分进行分析监测，具有优化生产、提高质量、能源回收、节能环保、安全控制等非常重要的作用。

　　一、钢铁冶金过程中在线煤气监测的必要性

　　1、保证生产，确保安全

　　高炉和焦炉煤气中的CO浓度较高，它在空气中的混合爆炸极限为12.5%~74%，只要浓度达到爆炸极限，遇到明火极容易发生爆炸。CO的危害性和爆炸可能性均与其浓度相关，因此必须采用先进的技术对煤气中的CO和O2进行实时监测。

　　2、节能减排，保护环境

　　冶金企业周边环境质量的优劣与其排放的CO浓度关系密切。若不对钢铁冶金工艺过程中产生的烟气进行监测，将可能严重影响周围数公里的空气质量，造成大气污染。严重的空气污染不仅危害着周围居民的身体健康，同时恶化了生态环境。

　　3、资源再利用，降低企业成本

　　一般来说，每生产1t粗钢约需2.1×107kJ的能量，约能产生4.2×106kJ的高炉煤气、4.2×106kJ的焦炉煤气及1.0×104kJ的转炉煤气，副产煤气约占钢铁企业能源总收入的30%~40%。因此，实现副产煤气的回收再利用可极大地降低钢铁冶金产业的成本，实现资源的有效利用。而煤气是否有回收的价值，取决于煤气中CO等能源气体的浓度，CO和O2在线监测系统是测量气体浓度的关键。

　　二、钢铁冶金行业安全生产监测系统解决方案

　　根据钢铁冶金的过程以及实际监测需要，安全生产监测系统主要由3个部分组成，分别为焦炉煤气监测、高炉煤气监测和转炉煤气监测。

　　1、焦炉煤气监测

　　如图1所示，根据工艺生产和安全要求，焦炉煤气监测系统点位布设位于电捕捉器中。

图1、焦炉系统中监测点的布设

　　电捕焦油器都是利用高压静电作用下产生正负极，使煤气中的焦油雾在随煤气通过电捕焦油器时，由于受到高压电场的作用被捕集下来。由于煤气易燃易爆，就必须保证电捕焦油器的安全操作；另外，电捕焦油器电极间有电晕，可能会发生火花放电现象，如果煤气中混有氧气，当煤气与氧气的混合比例达到爆炸极限时就会发生爆炸。可采用防爆型在线气体分析系统Gasboard-9021(EX)分析控制电捕焦油器中的O2，当O2含量超标时联锁控制风机的运转，以防止煤气与O2混合达到一定比例爆炸。

表1、焦炉系统监测点的仪表选型

　　2、高炉煤气监测

　　高炉煤气监测可采用在线气体分析系统Gasboard-9031分析高炉煤气中CO、CO2、CH4、O2和H2的含量，其分析数值可以直接反映出炉内燃烧情况，对指导工艺有着积极作用。Gasboard-9031的应用，可以改变以前人工取样分析值滞后的状态，大大缩短了分析值的分析周期，提高测量的准确性，减轻工人的劳动强度，提高高炉的自动化控制水平。由于及时获得了高炉炉况状态参数，高炉操作者根据随机检测值判断炉况和调控高炉，调控手段通过改变料制及负荷、装料、布料、风压、风量、富氧、喷煤等参数，从而避免较大的炉况失常操作事故，一直保持稳定高产的局面，同时提高了高炉的产量和提高煤气利用率，为高炉的高产和稳产打下了基础。

　　高炉煤气分析的主要目的是优化控制，其监控重点在重力除尘和布袋除尘后，而喷煤系统检测O2和CO则是为了实现安全控制，如图2所示，根据工艺生产和安全要求，高炉煤气监测系统点位布设分为以下几个部分：

　　图2、高炉系统中监测点的布设

　　（1）监测点1、2：重力除尘器与布袋除尘器后，分析高炉煤气中CO、CO2、CH4和H2，控制高炉炉况、回收能源气、监控水冷壁是否发生泄漏，保证安全生产；

　　（2）监测点3：热风炉出口，分析热风炉烟气中O2和CO，监控热风炉燃烧状态和优化燃烧效率，保护炉体；

　　（3）监测点4、5、6：磨煤机入、出口和布袋收尘器出口，监测O2和CO是否超限，起安全检测和控制作用；

　　（5）监测点7：监控煤粉仓内CO是否超限，避免煤粉仓内煤粉自燃。

表2、高炉系统监测点的仪表选型

　3、转炉煤气监测

　　转炉煤气作为炼钢过程中所产生的附属品，其热值比高炉煤气要高很多，若直接将转炉煤气排放到大气中，不仅会导致资源的严重浪费，而且会污染环境，不利于节能环保目标的实现。转炉煤气的回收受制于混合气体中的O2含量和CO浓度，可以回收的转炉煤气O2含量需要在2%以下，而CO浓度要在30%以上，这样才可进入管道流向煤气柜开始回收。

　　其次，转炉煤气是一种易燃易爆的有毒气体，含有大量CO和少量H2，它们的混合物与空气或O2混合后，在特定条件下会产生爆炸。而且由于自身生产特点，转炉煤气完全具备了其他两个爆炸条件，即温度和火源条件，尤其是温度、压力和火源还扩大了一般状态下的爆炸范围，为此在工艺操作和设备设置上，需要对转炉煤气O2含量进行在线监测，以及时调整工艺，防止爆炸事故发生。

　　如图3可见，转炉煤气监测系统点位布设分为以下几个部分：

图3、转炉系统中监测点的布设

　　（1）监测点1：回收侧盅形阀/分散侧盅形阀前，布设在线气体分析系统Gasboard-9031，在线监测CO与O2浓度，只有测得转炉煤气中O2含量在2%以下，CO浓度在30%以上时，才可打开气体切换站的回收侧盅形阀，允许转炉煤气进入下一步净化流程，否则通过分散侧盅形阀放散塔点火燃烧。

　　（2）监测点2：煤气柜前，只有保证煤气柜内O2含量不会超标（控制在1%以下）才允许转炉煤气进入煤气柜，否则启动停止回收，以保证系统的稳定性和安全性。

表3、转炉系统监测点的仪表选型

　　现在钢铁冶金行业以还原冶金和氧化精炼为主要形式，其工艺过程中的焦炉、高炉、热风炉、喷煤系统、加热炉、电炉、转炉和煤气柜等都需要采用在线气体分析系统。钢铁及其他金属冶炼过程中会产生大量气体，分析这些气体对优化生产、提高质量、能源回收、节能环保、安全控制具有非常重要的作用。

　　（来源：工业过程气体监测技术）