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加热炉是轧钢生产线中的关键设备,要使其氧化烧损率低,加热工序能耗低,就必须对加热炉进行燃烧控制。而加热炉燃气介质的热值,则是直接关系加热质量及工序消耗的重要参数。

现以莱钢集团的宽厚板生产线加热炉为例,其加热炉使用的燃料为高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气的混合煤气,存在煤气成分及热值波动较大、较频繁的情况,而且无准确的热值参数等问题,给加热炉燃烧控制带来很大的困难,直接影响板坯加热质量及氧化烧损率,导致煤气消耗指标居高不下。

因此,加热炉燃气介质的热值是直接关系加热质量及工序消耗的重要参数。目前,通用的热值测试方法有人工分析方式和燃烧热值仪两种。

人工分析方式

人工分析方式是奥氏气体分析仪进行煤气成分分析。全分析项为CO2CnHmO2CO、CH4H2N2,前4项用吸收法测定,CH4H2用燃烧法测定,剩余气体视为N2的体积。最后通过经验公式Q=K1*V(CO)+K2*(H2+K3*V(CH4)算的煤气热值(其中K1、K2、K3为经验参数)。

这样化验过程就产生了人工取样误差、时间滞后操作误差、人工读数视觉误差和人工计算误差等。其次分析取样间隔是2h甚至更长,无法满足加热炉在线燃烧控制实时调节的需求。

燃烧热值仪

燃烧法热值仪可以实现对煤气热值的连续自动分析,但使用维护要求较高,成本相对昂贵,在实际应用中还存在一下问题:

1)由于煤气中杂质较多,例如高炉煤气中的粉尘、焦炉煤气中的焦油等,经常造成(预处理装置中的减压阀和精过滤器堵塞),进气压力过低,最终导致分析值较低,甚至造成熄火,分析终止;

2)另外煤气中的湿度较大时,分过程中容易会在管道内产生冷凝水,导致管路堵塞,严重影响分析;

3)热值仪测量值有少许滞后,往往与计算值相差1MJ左右,导致热值波动较大时燃烧控制不能及时提前响应控制。

4)热值分析室内燃烧后产生的废气充斥在整个分析室,没有缺的有效排放,影响分析时热平衡,也会导致测量产生误差。

红外煤气分析仪

红外煤气分析仪则克服了人工分析方法及燃烧法热值仪的使用弊端,其采用红外传感器测量煤气成分中的CO、CO2CH4CnHm的浓度,使用热导传感器测量H2的浓度,使用电化学传感器测量O2浓度,同时根据测量成分的浓度,计算得到煤气的理论热值。混合煤气热值的计算方法如下:

Q=126[CO]+108[H2)+359[CH4]+652[CnHm] MJ/m3

式中:[CO]、[H2]、[CH4]、[CnHm]分别代表气体中可燃气成分的体积浓度。

红外煤气分析仪取代了奥氏气体分析仪的人工取样和人工分析环节,可实现自动化测量,避免了人工误差;同时预处理系统和仪器相对燃烧法热值仪具有结构简单,操作维护方便的特点,更加适合加热炉燃烧系统实时在线的分析要求。

在线红外煤气分析仪还设有数据传输接口,可通过RS-232 或RS-485、4-20mA 输出接口传输到上级加热炉集中控制系统。这便为加热炉燃烧系统控制提供了远程监控参数和自动控制设定参数。

使用煤气分析仪后对燃烧控制的优化的前景

红外煤气分析仪在莱钢宽厚板加热炉使用后,可根据煤气成分及热值指导操作人员精确调节各烧嘴及各温度控制分区的空燃比、长短火焰控制,可大幅提高炉内温度场均匀性,提高燃料的燃烧效率这对钢铁企业生产线的综合效益的提升具有显著意义。同时,各烧嘴及分区的空燃比的精确控制也可降低NOX等污染物的生成量,符合现下节能减排及环境保护的实际要求。

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