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1、热值分析仪的技术方案背景：背景： 现有的激光气体分析仪能够实时的在线测量某些可燃气体的浓度，而气体浓度与单位 体积的气体放出的热值是成正比的。因此可以基于现有的浓度分析仪实现热值的分析。需求分析：需求分析： 1、 参照现有的热值分析仪，确定需要的技术参数种类。 2、 参照现有的浓度分析仪的特点，确定开发的技术难点。 3、 提出可行的实现方法。 4、 确定最终的技术参数。技术参数种类：技术参数种类： 被测气体 测量类型 测量范围 测量单位 输入信号 输出信号 显示方式 响应时间 预热时间 测量精度 防护等级现有浓度分析仪的特点：现有浓度分析仪的特点： 目前我们公司现有浓度分析仪可以测量 CO、C
2、H4 两种可燃气体的浓度。而其他气体 的浓度是不可测量的。而且在一台气体分析仪中只能测量 CO 或者 CH4 中的一种气体。 现有分析仪在测量时需要输入的量气体的温度、气体的压力，输出的是某一种气体的 浓度。开发的技术难点：开发的技术难点： 要想保证热值测量的准确，则需要准确知道混合气体中所有可燃气体的浓度和燃烧后 的产物的物理状态（气态或者液态） 。同理，要想减小热值测量的误差，则需要尽可能减小 混合气体中浓度不知道的可燃气体相对于已知的可燃的气体的比率。如何减少浓度不可知 的气体的种类和总体含量是第一个难度。 要想测量气体的华白指数，则需要知道气体的相对密度，从我们仪器测量的角度讲， 因为
3、我们的仪器没有比重计，所以我们没法测出气体的密度，只能通过知道所有气体的组 分和含量才能通过计算的方法得出气体的相对密度。如何测量气体的华白指数是第二个难 度。 在标定时，采用什么方式进行标定（是采用浓度还是热值）并且不会让用户觉得不合 理（如对测量 CO 的仪器进行标定时，标准气某种同时含有 CO、CH4、H2 的混合气时， 标定时后的处理必须考虑 CH4、H2 的影响） 。可行的实现方法：可行的实现方法： 针对难点一：在选用时，尽可能选择气体组分少的点，CO 或者 CH4 在气体中的含量 占绝对优势，其他可燃气体在其中的含量很少。这样，可以选择其他可燃气体为直接数值 输入方式（输入的方式可
4、以是直接输入绝对浓度方式，也可以输入相对被测气体的浓度方 式）或者测量方式（采用 4-20mA 方式采集其他气体的浓度） 。仪器在计算气体的燃烧热值 时，把可测的气体浓度和输入的其它气体的浓度统一考虑计算热值。 针对难点二：在出去已知浓度的气体外，可以输入其它气体的平均分子量或相对密度； 或者直接输入整个混合气的平均分子量或相对密度。进而计算华白指数。不建议计算。 针对难点三：如果在标定时只考虑气体的浓度，则显示时，最好也能够显示气体的浓 度；如果在标定时采用热值标定，则一定要考虑扣除其他气体对热值的贡献。界面的初步设计：界面的初步设计： 主界面气体组分画面技术参数的具体数据：技术参数的具体数
5、据： 被测气体： 高炉煤气（CO 23%, CO2 18%, H2 1.5%, CH4 0.23%, N2 56%,其他 1.27%） 摘自柳钢高炉。 转炉煤气（CO 55%, CO2 19%, H2 1.5%, N2 23.7%，其他 0.8%）摘自马钢 转炉。 焦炉煤气（H2 58%, CH4 25%, CO 6.5, N2 5%, CmHn 3%，其他 2.5%）摘 自鄂钢焦炉。 测量类型： 每种气体单独的热值，总热值，华白指数（？） ，最少气体消耗空气需求 量（？） 测量范围： 由所含被测气体浓度而定 测量单位： MJ/m3，kWh/m3，Mcal/m3，Kcal/m3，MJ/Nm3，
6、kWh/Nm3，Mcal/Nm3，Kcal/Nm3 输入信号： 被测气体的温度、压力，已知其他气体的浓度。 输出信号： 被测气体的浓度，被测气体的热值，已知浓度气体的热值，总热值。4- 20mA 输出总热值。 显示方式： LCD 显示 响应时间： 1 秒 预热时间： 1 小时。 测量精度： 视其他气体的浓度输入方式而定。如果是直接输入方式，则精度比较低。 如果是测量方式输入，则精度比较高。 防护等级： 参见 LGA2000 系列的定义。工作环境： 参见 LGA2000 系列的定义。测量误差分析：测量误差分析： 热值公式18.30*78.85*76.25*42COCHHXXXQ式中 Q 为热值，
7、单位：Kcal/Nm3；XH2、XCH4、XCO分别 H2、CH4、CO 的浓度，单位统一为 %(百分比)直接输入方式（绝对浓度输入） 。 针对于高炉煤气针对于高炉煤气，考虑到 CO 在所有可燃气体中占的比例比较大，建议我们的仪器使 用测量 CO 的仪器转制。 总热值 Q=1.5*25.76 + 0.23*85.78 + 23*30.18=752.51。 （典型值）Qmax=QCO_max+QH2_max +QCH4_max 因为 CO 为测量值，可以认为 CO 的浓度是准确的。在此情况下，如果 H2、CH4采用 输入方式（绝对浓度输入） ，考虑到典型值为 H2 1.5% ，CH4 0.23%
8、。我们可以取 H2 1.5% ，CH4 0.23%。在正常情况下，我们姑且认为典型值与实际值偏差不大于 50%。QH2_max=1.5*0.5*25.76=19.32 QCH4_max=0.23*0.5*85.78=9.865。 总热值计算偏差 Qmax=0 + 19.32 + 9.865 = 29.185Qmax/Q=3.88%。针对于转炉煤气针对于转炉煤气，考虑到 CO 在所有可燃气体中占的比例比较大，建议我们的仪器使 用测量 CO 的仪器转制。 总热值 Q=1.5*25.76 + 0*85.78 + 55*30.18=1698.54。 （典型值）Qmax=QCO_max+QH2_max
9、+QCH4_max 因为 CO 为测量值，可以认为 CO 的浓度是准确的。在此情况下，如果 H2、CH4采用 输入方式（绝对浓度输入） ，考虑到典型值为 H2 1.5% ，CH4 0%。我们可以取 H2 1.5% ，CH4 0%。在正常情况下，我们姑且认为典型值与实际值偏差不大于 50%。QH2_max=1.5*0.5*25.76=19.32 QCH4_max=0.2*0.5*85.78=8.578。 （设 CH4 最大 0.2%） 总热值计算偏差 Qmax=0 + 19.32 + 8.578 = 27.9Qmax/Q=1.64%。针对于焦炉煤气针对于焦炉煤气，考虑到 CH4 在所有可燃气体中
10、的贡献最大，建议我们的仪器使用测 量 CH4 的仪器转制。考虑到 CmHn 不确定，姑且认为 1%CmHn 释放的热量，相当于 2%CH4 释放的热量。 总热值 Q=58*25.76 + 25 (1 + 0.24)*85.78 + 6.5*30.18=4349.43。 （典型值）Qmax=QCO_max+QH2_max +QCH4_max 因为 CH4 为测量值，可以认为 CH4 的浓度是准确的。在此情况下，如果 CO、CH4采 用输入方式（绝对浓度输入） ，考虑到典型值为 CO 6.5% ，H2 58%， CmHn %。我们可以 取 CO 6.5% ，H2 55%，CmHn 3%。在正常情况
11、下，我们姑且认为典型值与实际值偏差不 大于 50%。QH2_max=58*0.5*25.76=747.04 QCO_max=6.5*0.5*30.18=98.1。 QCmHn_max=6*0.5*85.78=257.34 总热值计算偏差 Qmax=747.04 + 98.1 + 257.34 = 1102.5Qmax/Q=25.35%。可以看出，针对高炉煤气、转炉煤气，我们使用直接输入方式，也是可以的。但是针 对焦炉煤气，偏差太大。 针对焦炉煤气，建议 H2 采用测量的方式。此时 总热值计算偏差 Qmax= 98.1 + 257.34 = 355.44Qmax/Q=8.2%。以上估计，仅供参考。
