冶金行业管理8煤气分析仪在煤气成份测量上的应用

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1、冶金行业管理 8 煤气分析仪在煤 气成份测量上的应用 冶金行业管理 8 煤气分析仪在煤 气成份测量上的应用 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。 GASBOARD-3100 煤气分析仪对煤气的各气体成分进行分析，并将各种气体的相互影响进行了 浓度修正和补偿，消除煤气中其他成分对 H2 的影响，保证了 H2 测量值的准确性。 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

2、接影响 H2 的读数；GASBOARD-3100 煤气分 析仪采用了专利的旁流扩散式的热导检测池（见热导专利 ZL4.3），流量在 0.31.5L/min 的范围内变化对热导的测量没有影响，减少了因流量波动造成 H2 测量的误差影响。 1.1.3 准确可靠的 CH4 测量1.1.3 准确可靠的 CH4 测量 为了得到精确的煤气热值，煤气分析仪还必须实现 CH4、CnHm 精确测量。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

3、 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 GASBOARD-3100红外煤气分析仪采用了特殊的气体滤波技术，可实现无干扰的 CH4测量， 能准确反应混合煤气中 CH4和 CnHm 成分的实际变化，有利于煤气成分和热值的准确分析。 1.2 在线气体分析系统1.2 在线气体分析系统 1.2.1 系统构成1.2.1 系统构成 在煤气测量领域，仅仅有气体分析仪器是无法单独完成测量任务的，这是因为煤气中除 了含有 CO、CH4、C3H8、H2、O2等气体成份外，还含有少

4、量的焦油，粉尘，以及以气态形式存 在的水蒸气等杂质， 如果在气体进入分析仪器前不能及时有效的将其中包含的这些杂质除去， 气体分析仪器的传感器将很快被污染，其结果是气体分析仪器损坏。因此在气体进入分析仪 器前对气体进行有效的净化处理是十分必要的， 这一部分被称为气体分析系统的预处理单元。 一套在线气体分析系统通常由四个单元构成，分别是取样及输送单元，预处理单元，气 体分析单元，控制及通信单元。预处理单元，气体分析单元，控制及通信单元集成在一个分 析机柜中。如下图 1-2-1 所示。 图 1-2-1 在线气体分析系统构成总图 1.2.2 取样及输送单元1.2.2 取样及输送单元 取样探头如图 1-

5、2-2-1 所示，通过 DN50 法兰与工艺管道连接，其关键部件是其中安装 的陶瓷滤芯，样气经由此滤芯后方可进入伴热采样管，滤芯过滤精度为 5um，可滤除样气中 大于 5um 的杂质。但是样气中的气态焦油可能凝结在滤芯表面造成堵塞，气态水也可能液化 而使滤芯表面更易沾结灰尘，解决办法是在外层加装加热装置，温度控制在 180上下，使 焦油及气态水仍以气态形式通过。探头箱中还装有电磁阀，用于定期接入反吹压缩气对探头 滤芯进行吹扫，电磁阀的动作时序由分析机柜中的控制单元决定。 伴热采样管用于将样气传送至分析机柜，传送介质采用聚偏氟乙烯管，规格 6mm。与采 样管伴随敷设电伴热带，并在其外包裹保温材料

6、，使焦油及水蒸气仍以气态形式通过，而不 会凝结在管内，造成管路堵塞。其截面图如图 1-2-2-2。 . 图 1-2-2-1 取样探头图 1-2-2-2 伴热采样管截面图 1.2.3 预处理单元1.2.3 预处理单元 预处理单元的主要工作是抽取样气并对其进行净化处理，分离样气中的焦油、粉尘、气 态及液态水，因此采用了以下预处理元件： 1.2.3.11.2.3.1 冷凝器：分为电子冷凝器及涡流管冷凝器两种方式，后者在防爆区域使用时具有更 好的适用性。样气在进入冷凝器后温度迅速下降，其中的气态水液化后被分离排出。 经过冷凝器除湿后的样气露点约在 5以下。如下图。 图 1-2-3-1-1 电子冷凝器图

7、 1-2-3-1-2 涡流管冷凝器 1.2.3.21.2.3.2 过滤器：预处理单元中安装了两级过滤器，分级滤除样气中的杂质，前级过滤精度 为 3um，后级过滤精度为 1um，过滤器一般安装于前面板方便更换滤芯。如图 1-2-3-2。 1.2.3.31.2.3.3 采样泵 ： 用于提供样气传送的动力，空载流量为 6L/min，外置的线圈及硅钢片设计， 使其具有良好的散热效果，适用于采样过程中的连续不间断运行。如图 1-2-3-3。 图 1-2-3-2 安装于前面板的过滤器图 1-2-3-3 采样泵 1.2.4气体分析单元1.2.4气体分析单元 气体分析单元各项技术参数如下表： 测量组分测量方法

8、量程分辨率精度重复性误差 CO2红外传感器25%0.01% 1% 1% CO红外传感器75%0.01% 1%1% CH4红外传感器25%0.01% 1%1% H2热导传感器40%0.01%2% 1% O2电化学传感器25%0.01%2% 1% 分析仪具备热值显示功能 气体组分的量程可以根据客户要求定制。 气体流量0.71.2L/min 样气入口压力50KPa 样气要求除水（无冷凝） ；粉尘过滤（1m） ；有些场合可能需要除油雾 响应时间10 秒(NDIR) 预热时间15 分钟 通讯接口RS232 模拟输出420mA 工作温度050 相对湿度585% 大气压力86108kPa 工作电源220V4

9、4V 交流 50Hz1Hz 外形尺寸433mm420mm132mm（宽长高） 仪器重量约 12kg 1.2.5 控制单元1.2.5 控制单元 控制单元以西门子 S7-200 型 PLC 为核心，采用按钮命令输入方式，通过 OMRON 小型中 间继电器，对系统各电气元件进行控制。控制过程主要包括采样，反吹，排水，标定等，一 个包含采样，反吹，排水的循环称为采样循环，采样循环的周期一般被设定为 3600s，另外， 也可通过按钮手动执行反吹，排水，标定等操作。同时，在气路上安装流量、湿度报警单元， 用于对样气状态进行监控，并将报警信号通过信号指示灯显示。如图 1-2-5-1 及 1-2-5-2。 系

10、统除可由分析仪表直接将 420mA 模拟信号输出到上端接收设备外，也可选择用 S7-200 的模拟量模块采集分析仪模拟信号，然后经 CPU 处理后，通过其它通信方式传输至上 端接收设备。这些通信方式包括基于 MODBUSRTU 协议的 RS-485 通信方式，基于扩展模块 EM277 的 PROFIBUS-DP 现场总线通信方式，基于扩展模块 CP243-1 的以太网通信方式等。 图 1-2-5-1 现场 PLC 系统图 1-2-5-2 控制面板 2结论2结论 通过对煤气分析仪在煤气成份测量上的应用的研究，并结合现场实际的考察，对煤气的 加工、存储、使用、安全等有一定的指导意义。气体分析仪在自动化系统中的应用，大大提 高了信息采集的快速性、精确性、实时性和可控性，对实现工业自动化方面有了更加深远的 意义。 参考文献参考文献 1廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2008-1. 2孙承志，徐智，等.西门子S7-200400PLC基础与应用技术.机械工业出版社，2009-1. 3GASBOARD-3100系列红外煤气分析仪使用手册.武汉四方光电科技有限公司，2008-1.