1. 鋼鐵冶金過程中煙氣在線監(jiān)測(cè)的必要性

1.1 有利于資源再利用，降低企業(yè)成本

一般來說，每生產(chǎn)1t粗鋼約需2.1×107kJ的能量，約能產(chǎn)生4.2×106kJ的高爐煤氣、4.2×106kJ的焦?fàn)t煤氣及1.0×104kJ的轉(zhuǎn)爐煤氣，副產(chǎn)煤氣約占鋼鐵企業(yè)能源總收入的30%-40%。因此，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)煤氣的回收再利用可以極大地降低鋼鐵冶金產(chǎn)業(yè)的成本，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。而煤氣是否有回收的價(jià)值，取決于煤氣中CO等能源氣體的濃度，CO和O2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是測(cè)量氣體濃度的關(guān)鍵。

1.2 保證生產(chǎn)行為的安全性

高爐和焦?fàn)t煤氣中的CO濃度較高，它在空氣中的混合爆炸極限為12.5%～74%，只要濃度達(dá)到爆炸極限，遇到明火極容易發(fā)生爆炸。一氧化碳的危害性和爆炸可能性均與其濃度相關(guān)，因此必須采用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)煤氣中的CO和O2進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.3 環(huán)境保護(hù)的需要

目前我國現(xiàn)有20余家年產(chǎn)鋼量400-2000萬噸的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其中相當(dāng)一部分企業(yè)高爐煤氣排放量為10-30萬m3/H。按照這樣的排放量來推理可知冶金企業(yè)可以嚴(yán)重影響周圍數(shù)公里的空氣質(zhì)量，造成大氣污染。嚴(yán)重的空氣污染不僅危害著周圍居民的身體健康，同時(shí)惡化了生態(tài)環(huán)境。總之冶金企業(yè)周邊環(huán)境的質(zhì)量的優(yōu)劣與其排放的CO的濃度關(guān)系密切。

2. 煙氣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

目前在國內(nèi)煤氣的非分光紅外氣體檢測(cè)和電化學(xué)檢測(cè)等方法和光譜吸收型激光傳感技術(shù)。其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1：

表1 煙氣在線監(jiān)測(cè)已有技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

3. 鋼鐵冶金行業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 監(jiān)測(cè)儀器選擇及儀器原理

選取以基于可調(diào)諧二極管（TDLAS）激光吸收光譜技術(shù)的激光在線氣體分析儀（圖1）為本方案中所需的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

圖1 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V示意圖

這項(xiàng)技術(shù)的基本原理是Lamber-Beer定律（圖2），氣體吸收激光的強(qiáng)度與其濃度成正比，通過測(cè)量氣體吸收激光強(qiáng)度可計(jì)算出氣體濃度。大多數(shù)氣體只吸收特定波長的光。激光的發(fā)射波長隨二極管溫度和電流的變化而改變，激光二極管安裝了半導(dǎo)體制冷器和溫度傳感器使得發(fā)射波長穩(wěn)定。

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)組成

根據(jù)鋼鐵冶金的過程以及實(shí)際監(jiān)測(cè)需要，安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)由3個(gè)部分組成，分別為轉(zhuǎn)爐煤氣監(jiān)測(cè)、高爐煤氣監(jiān)測(cè)和焦?fàn)t煤氣監(jiān)測(cè)。

3.2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣監(jiān)測(cè)

如圖2可見，在回收側(cè)盅形閥/分散側(cè)盅形閥前布設(shè)煙氣在線分析儀，只有當(dāng)通過CO在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO濃度在30%以上時(shí)，才打開氣體切換站的回收側(cè)盅形閥進(jìn)入煤氣柜儲(chǔ)存，否則通過分散側(cè)盅形閥通過放散塔點(diǎn)火燃燒。在煤氣柜前布設(shè)煙氣在線分析儀，只有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)分析保證煤氣柜內(nèi)O2含量不會(huì)超標(biāo)（控制在1%以下）才允許焦煤煤氣進(jìn)入煤氣柜，否則啟動(dòng)停止回收，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

圖2 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

3.2.2 高爐煤氣監(jiān)測(cè)

如圖3所示，根據(jù)工藝生產(chǎn)和安全要求，高爐煤氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)點(diǎn)位布設(shè)分為以下幾個(gè)部分：
（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)1：高爐煤氣分析，CO和CO2，控制高爐爐況和回收能源氣；
（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)2：分析熱風(fēng)爐煙氣中O2，監(jiān)控?zé)犸L(fēng)爐燃燒狀態(tài)和優(yōu)化燃燒效率；
（3）監(jiān)測(cè)點(diǎn)3、4：分別為磨機(jī)入口和布袋出口，監(jiān)測(cè)O2是否超限，起安全檢測(cè)和控制作用；
（4）監(jiān)測(cè)點(diǎn)5：監(jiān)控煤粉倉內(nèi)CO是否超限，避免煤粉倉內(nèi)煤粉自燃。

圖3 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V在高爐系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

3.2.3 焦?fàn)t煤氣監(jiān)測(cè)

如圖4所示，根據(jù)工藝生產(chǎn)和安全要求，焦?fàn)t煤氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)點(diǎn)位布設(shè)位于電捕捉器中，分析控制電捕焦油器中的O2，防止煤氣與O2混合達(dá)到一定比例爆炸。

圖4 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V在焦?fàn)t系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

4. 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V系統(tǒng)概述

4.1 性能特點(diǎn)

GALAS 6V系列激光氣體分析儀由于采用了激光半導(dǎo)體二極管吸收光譜（TDLAS）技術(shù)，從根本上解決了采樣預(yù)處理帶來的諸如響應(yīng)滯后、維護(hù)頻繁、易堵易漏、易損件和運(yùn)行費(fèi)用高等各種問題。

4.2 GALAS 6V系列的主要技術(shù)指標(biāo)

表2 天瑞儀器激光在線氣體分析儀GALAS 6V測(cè)量指標(biāo)

4.3 ç¾(xiàn)å ´(chÇŽng)譜圖數(shù)æ“š(jù)

下圖為寧夏某鋼鐵廠實(shí)際應(yīng)用GALAS 6V測(cè)量CO和O2的工作圖譜：

圖5 氧氣不煉鋼時(shí)譜圖

圖6 一氧化碳煉鋼時(shí)譜圖

圖7 煉鋼歷史數(shù)據(jù)