煤氣熱值在線分析系統(tǒng)

煤氣熱值分析系統(tǒng)

一、概述

  本系統(tǒng)是根據焦爐煤氣項目煤氣熱值分析工況條件專業(yè)針對性設計的，在采用西安聚能儀器有限公司成熟的預處理技術和分析控制技術基礎上而進行模塊化針對性設計的，具有國際領先水平。

  本過程氣體分析成套系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）是焦爐煤氣項目煤氣熱值在線監(jiān)測包括分析CO、H2、CH4分析儀器（熱值）、與預處理裝置及其附屬的應用保障部分（標準氣）；通過針對現(xiàn)場應用條件。工藝氣樣條件的系統(tǒng)設計，所實現(xiàn)的正確匹配與合理組合，使CO、H2、CH4分析儀器（熱值）能很好適應焦爐煤氣項目煤氣熱值分析的特殊工藝條件。系統(tǒng)能自動、連續(xù)、準確、可靠地分析煤氣中的CO、H2、CH4含量。熱值采用**Kcal/Nm3顯示，系統(tǒng)正常運行期間能同時提供CO、H2、CH4和熱值的4～20mA四組標準輸出信號；并根據測量組份的含量值輸出超限報警狀態(tài)信號。該系統(tǒng)的分析儀器為傳感器核心為原裝進口。系統(tǒng)技術方案、結構簡明、部件性能可靠、自動化程度高、操作簡便、維護量小、是焦爐煤氣熱值監(jiān)測的理想設備。

  本系統(tǒng)主要由取樣單元（氣源凈化單元）、輸氣單元、預處理單元、分析單元、控制單元、標定單元組成?？蓱糜诮範t煤氣熱值的監(jiān)測。系統(tǒng)具有安全可靠、取樣真實、響應快、分析精度高、配置和選型等諸多特色，系統(tǒng)不僅考慮了適應危險環(huán)境場所問題，也考慮了避免系統(tǒng)內部的不安全因素的產生。因此是國內最為完善的煤氣熱值分析系統(tǒng)。

  1.1熱值計算方法

  焦爐煤氣是在密閉的焦爐內提煉焦炭反應生成的氣體，是一種高熱值的氣體燃料，主要成份包括CO、H2、CH4等，經加壓后輸送給各加熱爐以提高綜合利用效率.

  焦爐煤氣熱值計算的分析系統(tǒng)（如圖1）是由取樣探頭（取樣單元）、吹掃單元、取樣預處理單元、流量調節(jié)單元、氣路切換單元、氣體分析儀器、PLC程序控制單元、模擬量輸入輸出單元、顯示單元、標氣單元等部份組成，能夠連續(xù)測量被測氣體組份體積百分濃度，計算出焦爐煤氣熱值的分析系統(tǒng)。

  分析系統(tǒng)通過取樣探頭把焦爐煤氣從工藝管道中抽取出來，經過探頭三級過濾、預處理增壓、稀釋、穩(wěn)壓、冷凝除濕、精細過濾獲得能夠滿足氣體分析儀器要求的干燥干凈的樣氣，通過流量調節(jié)進入熱值氣體分析儀器測出焦爐煤氣中CO、H2、CH4組份的體積比（百分含量），系統(tǒng)整個工作過程都通過可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)自動控制，各組份體積比（百分含量）對應的4～20mA電流信號接入PLC模擬量輸入輸出模塊，由于CO、H2、CH4的各個組份具有不同的熱值，根據組份體積比（百分含量）與對應的單一組份熱值之間存在的關系，通過搭建數學模型，經過數學公式運算即可獲得焦爐煤氣的熱值。熱值的計算過程通過可編程控制器（PLC）軟件編程實現(xiàn)。各個組份的體積比（百分含量）對應的電流信號通過可編程控制器（PLC）從PLC模擬量輸入輸出模塊不斷讀取，經過計算得到在線焦爐煤氣的熱值，熱值量對應的模擬4～20mA電流信號通過PLC模擬量輸入輸出模塊傳送到CCR系統(tǒng)中，同時通過液晶顯示屏可直觀地監(jiān)測到各個組份體積比（百分含量）值及熱值量（Kcal/NM3）。實踐證明，使用氣體組份體積比（百分含量）計算熱值所得到的結果與直接燃燒法熱值儀測量出的結果趨勢基本一致，但計算熱值要比熱值儀的測量輸出對過程變化的響應要快很多，熱值儀輸出值的滯后時間約6分鐘左右，計算熱值幾乎沒有滯后時間。

  2.3實現(xiàn)系統(tǒng)熱值計算的步驟

  2.3.1焦爐煤氣熱值計算數學模型的搭建

  分析系統(tǒng)通過紅外線和熱導氣體分析儀器可測得焦爐煤氣中各組份的體積比（百分濃度）值，根據組份體積比（百分濃度）與對應的單一組份熱值之間存在的關系，首先搭建數學模型，獲得數學公式，然后通過數學公式運算即可獲得焦爐煤氣的熱值。

  2.3.2使用可編程控制器（PLC）計算熱值并輸出

  熱值數學公式通過可編程控制器（PLC）軟件編程來實現(xiàn)計算功能。

  （1）組份含量對應的4-20mA電流轉換為實際值PLC可編程控制器模數轉換后的數字值低3位和位為0，右移3位后，0-20mA的電流對應0-4096的數字，因此，4-20mA對應819-4096。假設實際值的零點為ZERO，量程點為SPAN，實際的模數轉換值為COUNT。

  實際值=（SPAN-ZERO）x（COUNT-819）/4096-819

  （2）實際值轉換為4-20mA電流，PLC可編程控制器模數轉換需要的數字量在數字的第4-14位，其它位為0，因此，分辯率為11位，模擬輸出的范圍為0—32000，即2進制的0—0000 01111101 0000 0000。右移4位后為0-2000，因此，可以認為0-20mA的電流輸出與0-2000對應，4-20mA與400-2000對應。假設實際值的零點為ZERO，量程點為SPAN，實際值為VALUE。式中將VALUE擴大100倍是因為在PLC中的計算為整數計算，為提高計算精度！

  {(2000?400)×(VALUE×100)/(SPAN?ZERO)×100}+400

  2.3.3焦爐煤氣組份體積比（百分濃度）及熱值（Kcal/NM3）的顯示，通過可編程序控制器（PLC）的編程，把焦爐煤氣的組份體積百分濃度和熱值量在文本顯示器上顯示，以使用戶更直觀地監(jiān)測到焦爐煤氣中各組份的體積百分渡度值和熱值量，更好的控制焦爐煤氣的燃燒狀況。

  2.3.4焦爐煤氣熱值計算的分析系統(tǒng)已在諸多大型冶金企業(yè)投入使用多套，實踐證明，本系統(tǒng)響應時間短、操作方便，直觀，數據準確，根據組份體積濃度計算熱值的方法得到廣。

  

三、系統(tǒng)技術指標和參數

  3.5系統(tǒng)主要特點

  3.51過濾原理創(chuàng)新，根本解決焦油堵塞問題。

  3.5.2采用自主創(chuàng)新專利技術取樣探頭，反吹清灰、焦油等，解決雜質板結問題。

  3.5.3系統(tǒng)具有在線取樣分析功能，響應速度快，確保連續(xù)在線分析。

  3.5.4系統(tǒng)為全干法過濾，取樣不失真，分析準確。

  3.5.5真正完全無人管理的全自動化系統(tǒng)。

  3.5.6熱值直觀顯示，時時觀察熱值變化。

  3.5.7采用觸摸屏界面程序控制，可以通過觸摸屏隨意隨時修改PLC程序內的各個參數。

  3.6系統(tǒng)安裝技術要求

  3.6.1為保證系統(tǒng)能實時反映工況、減少滯后、保證安全。取樣點與分析柜之間距離應盡可能短，一般不超過20米。

  3.6.2分析柜采用外形尺寸：單點2000×800×600。前、后開門，進出管線在分析柜的后面和下面。請留有空間。

  3.6.3.分析房要求：分析房面積推薦大于3500×4000mm2。房內溫度在＋5～45℃范圍內。

  3.6.4.室外溫度低于0℃時，室外排水管應有保溫防凍措施。

  

四、系統(tǒng)組成及作用

  TR-9200型熱值分析成套系統(tǒng)是應用于焦爐煤氣項目煤氣熱值分析的專用在線分析系統(tǒng)，榮獲“新產品”稱號。該系統(tǒng)技術，測量準確，反應速度快，能長期連續(xù)分析被測氣體，采用PLC進行自動控制，具有結構合理，運行安全可靠，自動化程度高，維護量少，自診斷保護功能強的特點。

  5.1分析儀器：

  TR-9200成套系統(tǒng)所用分析儀器為西安聚能儀器有限公司引進進口傳感器技術制造的氣體分析儀，該儀器測量，性能可靠，性價比高。

  分析儀表單元采用西安聚能儀器有限公司的JNYQ系列型分析儀，完成樣氣CH4、CO、H2在線連續(xù)分析。分析儀的傳感器為引進國外公司的技術制造，性能穩(wěn)定可靠，響應時間快，智能化程度高。

  分析參數：一氧化碳、甲烷、氫氣（熱值）

  5.1.1 JNYQ-I-91型多組份（含紅外線）分析儀，能連續(xù)檢測流程氣樣中待測組份一氧化碳和甲烷的體積濃度。采用進口光源和檢測器的傳感器技術，極大的提高了儀器的穩(wěn)定性。

  儀器特點

  一氧化碳和甲烷采用不分光紅外分析原理:

  高穩(wěn)定性紅外光源：光源燈絲采用特殊鎧裝工藝，延長了使用壽命:

  單氣室結構接收器，電容式精密傳感器檢測輸出，儀器穩(wěn)定性好:

  測量氣室鍍金耐腐蝕，獨特的洐磨工藝，內壁達到鏡面光潔度:

  儀器部件單元化,維護、檢修方便:

  報警輸出（上、下限極值報警）:

  標準信號隔離輸出4—20mA

  主要技術性能

  零點漂移：≤±1%FS/7d

  量程漂移：≤±1%FS/7d

  測量范圍：CO：0～10%；CH4：0～30%

  重復性誤差：Cv≤0.5%

  線性誤差：≤±1%FS

  預熱時間：30min

  響應時間：≤5s

  輸出信號：4～20mA≤750Ω

  5.1.2 JNYQ-I-91型多組份（含熱導氫）分析儀采用不同氣體的熱導率不同的物理測量方法連續(xù)測量的工業(yè)固定式現(xiàn)場安裝儀器，能連續(xù)自動檢測流程氣樣中待測組份氫氣的體積濃度。

  儀器特點

  獨特的傳感器設計，恒溫控制，響應快，線性好，穩(wěn)定性高

  薄膜按鍵操作（零點、滿度、線性校準、參數設置等），操作靈活方便

  故障自診斷功能

  儀器部件單元化，維護、檢修方便

  報警輸出（上、下限極值報警）

  標準信號隔離輸出4—20mA

  鑄鋁合金機箱

  部件單元化，維護、檢修方便

  主要技術性能

  零點漂移：≤±1%FS/7d

  量程漂移：≤±1%FS/7d

  測量范圍：H2：0～60%

  線性誤差：≤±1%FS

  重復性誤差：Cv≤±1%

  輸出波動：≤±1%FS

  ●預熱時間：30min

  響應時間：T90≤12s

  輸出信號：4～20mA≤750Ω