普阳集团中板热轧厂淬火机热处理炉工艺优化、热值、尾气监测解决方案项目

项目背景

合作背景

河北普阳钢铁有限公司是一家中外合资企业，始建于1992年。集烧结、炼铁、轧材、科研为一体的综合型钢铁企业。位于革命老区河北省邯郸市武安市西部山区阳邑镇。其中河北普阳钢铁有限公司轧板厂是二十一世纪新建的大型轧钢企业，它拥有二十一世纪最先进的3500mm 四辊可逆式中厚板轧机。

创新是企业发展的不竭动力。普阳钢铁始终坚持技术创新，推动高质量发展。不断加大科技资金投入，2016年投入研发经费4.6亿元，2017年投入6.28亿元，2018年专项投入1.2亿元与东北大学合作进行淬火机热处理项目升级，为生产海工用钢、高强度工程机械用钢等打好基础，进行产品的转型升级。

项目介绍

随着河北省率先实施《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》和《钢铁工业大气污染物超低排放标准》，国家环保进入了史上最严阶段，钢铁热处理领域也面临严峻挑战。越来越多的焦炉被关停，焦炉煤气正成为稀缺资源，没有焦炉煤气混合的高炉或转炉煤气热值较低，很难安全燃烧，一直未能在高品质热处理炉上成功稳定使用。而采用天然气在很多地区又不具备条件，并且价格昂贵、吨钢燃气成本高。加上热处理炉尾气环节残氧含量检测方案的缺陷和缺失，热处理环节也经常出现钢坯发红，烧损严重等问题。

因此，通过在热处理炉前端对燃气进行热值检测，使低热值的高炉或转炉煤气，能更好的实现稳定、安全加热；在热处理炉后端进行尾气检测，对优化空燃比，减少烧损，提高能效。实现热处理环节闭环控制，对于工艺优化与节能环保具有重大意义。

2018年，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室承担的河北普阳钢铁中板厂热处理线项目，选用了四方仪器自控系统有限公司的在线气体检测系统（Gasboard-9031、Gasboard-9050）,热处理炉11月成功点火，目前已经实现正火、淬火、回火工艺的稳定生产。该项目成功突破了面向低热值高炉煤气的超低排放加热技术，解决了低热值煤气不易点火、燃烧不稳定、爆燃等难题，为钢铁企业因国家环保升级缺焦、炉内工艺稳定问题提供了一条有效的解决途径。

产品原型

一、在线气体分析系统Gasboard-9031

Gasboard-9031在线气体分析系统针对样气中低粉尘工况设计，由预处理单元、控制单元、气体分析单元三部分构成；采用自主知识产权的非分光红外（NDIR）气体分析技术，可实时连续同时测量煤气、生物燃气的热值，以及CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等多组分气体的体积浓度和热值计算；有利于提高煤气利用效率、节能降耗、保证工业现场的安全生产。测试数据可通过RS-232或RS-485、4~20mA输出接口传输到上级集中控制系统，为实现远程的监测、工艺调整提供实时依据。

热值单位Kcal/m³和MJ/m³可以自由切换。

产品特性

1、预处理单元：使用寿命长、性能稳。采用不锈钢、电加热温控干法取样探头，使用寿命长、精度高;利用最新反吹扫技术解决探头堵塞问题，保证分析系统的可靠性；配置单级制冷器去除样气中的水分，实现两级过滤，确保仪器长期在线运行。

2、控制单元：全自动化检测，操作简单。采用PLC程序控制，自动完成采样、反吹、排水等操作。

3、气体分析单元：同时测量气体体积浓度与热值。采用自主知识产权的煤气分析仪Gasboard-3100（在线型）进行气体在线分析检测，可同时测量CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等多组分气体的体积浓度，自动计算并显示煤气、生物燃气热值，替代燃烧法热值仪。

4、低维护、低运行成本：实时在线监测系统运行状况，无需人工值守，极大降低企业成本。

5、数据智能化管理：可通过多种接口将数据传输到上级集中控制系统，为实现远程监测、调整现场工艺提供实时依据。

6、准确测量混合气中的H2浓度，气体采样流量变化对H2热导传感器测量结果无影响，测量气体浓度的同时，自动计算热值。

二、固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS）Gasboard-9050

Gasboard-9050固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS）针对大型工业烟囱等固定污染源废气浓度监测自主研发的在线气体分析系统，可对热处理炉尾气中CO、CO2、O2等成分进行动态连续监测，氧气检测不受还原性气体（如CO、CH4、H2）影响，保证测量结果准确可靠。同时可测量烟气的流速、压力、温度、湿度、含氧量等数据，自动记录污染物排放总量和排放时间，并通过PSTN、GPRS、CDMA等通讯手段将监测数据传送到管理部门，实现对污染源排放的远程实时监测。

产品特性

1、专业化采样及预处理装置

采用加热抽取法连续监测气态污染物，采样探头过滤面积大，滤芯更换方便。预处理系统主设备采用进口器件，有效防水、防尘、防腐、防堵，适应恶劣烟道环境。系统功能丰富，可实现自动取样、吹扫、校准、故障自诊断、报警等功能。

2、超低量程设计

测量范围小于200ppm，满足国家环保行业标准;分辨率达到1ppm，适用于低浓度烟气认证。

3、测量准确度高

气体分析单元采用非分光红外气体分析技术及长寿命电化学传感技术，传感器使用寿命长，多组分测量气体间无交叉干扰，烟气中气态水对SO2、NO测量无影响，采样流量对SO2、NO、CO的测量无影响，测量准确度高。

4、工作性能稳定

仪表机柜采用模块化设计，系统结构简明、稳定性强，高自动化低维护，无需人工值守即可实现实时在线监测，大幅减轻企业人工成本。

5、数据远程实时监测

PLC数据采集系统功能齐全，操作直观简便，并支持网络扩建及系统扩展。具备多种数据输出端口实现对污染源排放的远程实时监测。

主要参数

在线气体分析系统Gasboard-9031 技术参数

*注释：CnHm为甲烷外其他烃类气体的总和。

固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS）Gasboard-9050 技术参数

项目实施

技术方案

整个技术方案由三部分组成：包含预处理装置、分析仪、通讯及数据导出。

预处理装置：气体进入分析仪传感器之前进行除尘、除水，同时，在除尘、除水的过程中待测气体组分不被改变。

除尘：采用加热过滤取样探头（5um）（滤过后粉尘≤200mg/m³）

除水：一级过滤精度为5um的气水分离器；半导体冷凝器（输出样气露点≤5℃）；一级过滤精度为0.1um的精密过滤器。（Gasboard-9050系统还配置蠕动泵自动排水单元，确保系统能完成正常采样，排水过程。）

样气得到净化后，基本已清除样气中粉尘和水分，同时样气的待测成分得以完整保留。

分析仪：本系统分析仪表采用了四方仪器自控系统有限公司拥有自主知识产权的Gasboard-3100/Gasboard-3000在线红外煤气分析仪，Gasboard-3100能够同时准确测量样气中CO、CO2、CH4、H2、O2的浓度，并且具有在线动态补偿功能，能有效消除CO、CH4、CnHm气体对H2检测的影响。实时计算显示煤气热值。Gasboard-3000能同时测量O2、CO、NO并实时输出，氧气测量不受还原性气体影响。

通讯及数据导出：采用4~20mA信号输出，连接客户现场控制平台，实时监测热值数据。

方案价值

本项目业主根据实时燃气热值以及尾气成分残氧量变化，进行闭环工艺调节。控制空燃比。在稳定炉温，保障生产的基础上，优化燃烧，优化燃气利用率。实现了高炉转炉低热值混合煤气，能够在中厚板轧制这种高品质热处理炉上稳定运用。整套设备操作简单，响应时间快，并通过4~20mA信号输出，连接客户中控平台，便于业主远程监测与工艺管控。可以为后续产线进一步优化以及后期自动烧钢提供可靠的数据支持。

该设备热处理炉于2019年11月成功点火，目前已经实现正火、淬火、回火工艺的稳定生产。其中热处理炉工作温度300℃-980℃，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室采用低热值煤气超低排放型辐射管烧嘴脉冲燃烧，根据实时检测数据建立低热值煤气专用燃烧控制系统及控制策略，通过工艺过程的精准执行，炉温控制精度±5℃以内，实现了低热值煤气在热处理炉上的成功稳定应用，为普阳钢铁的产品升级提供了可靠的基础。

项目现场