红外煤气分析仪在煤气站的应用

煤气热值是燃气*主要的质量指标，及时准确地测量煤气热值,对于合理生产和有效利用燃气能源有着重要的意义。因此，冶金行业历来都很重视对煤气热值的监测。热值分析是煤气混合站中较为关键的环节，担负着煤气混合站的一个重要工艺值---煤气热值的检测，对于保证工艺设备正常、提高燃烧效率和改善炼钢品质起着举足轻重的作用。

煤气混合站通常是将高炉煤气与焦炉煤气加压后再混合，形成稳定的混合煤气送往工业用户作为生产燃料，混合煤气热值要求稳定在一定值。为保证煤气热值的稳定，*必须测量混合煤气的热值，并指导调节煤气混合比例，即高焦比。

通常的热值测试方法有人工分析和燃烧热值仪两种。

人工分析方法是奥氏气体分析仪进行煤气成分分析。全分析项为CO2、CnHm、O2、CO、CH4、H2和N2 ,前4项用吸收法测定,CH4、H2用燃烧法测定，剩余气体视为N2的体积。*后通过经验公式Q = K1·V (CO)+ K2·V (H2 ) + K3 ·V (CH4)算得煤气热值(其中K1、K2、K3为经验系数)。这样化验过程*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。这些都是不可去除的误差。其次分析取样间隔是2小时(一次全化验所需时间)甚至更长，满足不了对煤气混合比例实时调节的需求。

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，在实际应用还存在以下问题：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减压阀和精过滤器堵塞，进气压力过低，*终导致分析值较低，甚至造成熄火，分析中止；2.另外煤气中的湿度较大时，分析过程中容易会在管道内产生冷凝水，导致管道堵塞，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，导致整个混合站不能取得良好的控制效果；4.热值仪分析室内燃烧后产生的废气充斥在整个分析室，没有得到有效排放，影响分析时热平衡，也会导致分析测量产生误差。

近年来红外煤气分析仪越来越多地应用于实际热值分析当中。红外煤气分析仪采用红外传感器测量煤气成分中的CO、CO2、CH4、CnHm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。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，更加适合煤气站实时在线的分析要求。

通过实践，对煤气站控制系统调整如下图。预处理系统从混合煤气管道取样并对样气做除尘、除焦和脱水的处理，保证红外煤气分析仪的测试条件。红外煤气分析仪分析混合煤气各组分成分并给出测量热值。为保证混合煤气热值控制在一定值范围内，混合煤气实际测量值将引入比值调节系统,用来对高焦比进行修正。调节指令通过计算机和PLC控制器来控制焦炉煤气管道上调节阀的动作，以得到*终的混合煤气热值。

工业用户对煤气的质量要求很高,为了提高燃烧效率,确保产品质量,必须保证混合送出的煤气具有恒定的热值,所以热值仪的测量准确与否将直接关系到混合站的正常运行。

为了得到*的煤气热值，红外煤气分析仪必须具备H2测量补偿功能。热导传感器用于测量多种混合气体时，必然要考虑到煤气中其他气体的影响因素。不同气体的热导系数差异较大，影响也*不同。常见气体的热导系数如下表所示：

从上表可以看出，煤气主要成分中CO、O2与背景气N2的热导系数相当，对H2的测量结果影响不大，但是CO2、CH4对H2测量影响明显。通过理论分析及实验表明，如果气体成分中含有CO2，会使H2的测量读数偏低；如果气体成分中含有CH4，会使H2的测量读数偏高。因此为了得到准确的H2含量，应对H2浓度进行CO2、CH4的浓度校正。此外由于热导传感器的基本原理是通过对气体流动带走的热量进行换算，如果采用直接流通式的热导检测池，很难控制气流，流量大小直接影响H2的读数，为了得到*的煤气热值，煤气分析仪还必须实现CH4、CnHm无干扰测试。大多数红外分析仪仅以CH4为测试对象，折合成碳氢化合物总量计算热值。煤气成份中，特别是焦炉煤气，除甲烷外，还含有其他碳氢化合物等成分。根据红外吸收原理，如图1，乙烷等碳氢化合物在甲烷的特征波长3.3um左右有明显吸收干扰。当煤气中其他碳氢化合物含量较大时，CH4的测试值会明显偏大，导致热值测试不准，其热值测试值也无法保证精度。

图1：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的红外吸收光谱

红外煤气分析仪可通过对特殊气体过滤实现无干扰测量煤气成分，来保证*分析使得测量热值的准确，可有效地用于混合煤气的高焦比调节，保证了煤气站出厂煤气热值的相对稳定，提高了煤气质量。其测量的煤气成分数据和热值还可提供给煤气站用户用于生产指导或燃烧控制，提高了煤气的利用效率。