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1、XX钢铁集团动力厂转炉风机前/后CO/O2分析系统技术方案杭州长聚科技有限公司目 录1.项目需求分析31.1检测工艺目的31.2关键需求分析32.系统方案设计42.1系统设计思路42.2系统方案图42.3 系统结构42.4系统工作流程62.5系统测量原理62.6安装维护标定72.7技术指标82.8智能化网络92.9系统特点93.关于激光现场在线气体分析系统93.1系统简介93.2系统技术难点与创新93.3与传统分析技术的比较113.4与国外同类产品比较124.成套性135.公用工程136.客户服务156.1服务力量156.2 服务流程156.3 服务内容167.质量保证17附录A、销售业绩19
2、1.项目需求分析1.1检测工艺目的在炼钢工艺中，高炉冶炼的铁水送到转炉中初炼，向转炉顶部或底部送入氧气，铁水中的碳与氧气发生反应，生成CO和CO2，并释放热量，将铁水炼成钢水。初炼就是炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和出钢过程中主合金化。钢水送到其他精炼炉进一步冶炼，可以得出优质钢。炼钢产生的气体也称转炉煤气。每炉钢的冶炼周期为3040分钟，在冶炼的前期反应较慢，CO生成较少，在中期，反应旺盛，CO含量较高，在后期，反应渐渐稳定，CO也较少。一般在CO达到30%以上，O2在0.8以下，回收CO，否则燃烧放散。转炉煤气为负压，经引风机抽出，经湿法处理后水分含量一般为饱和水。在引风机前后
3、分析CO和O2的含量，符合回收条件回收，否则经三通阀燃烧放散。在转炉煤气回收过程中，为保证有效、安全的回收和利用煤气，就必须在风机前或后安装CO/O2分析系统，以实时监测煤气管道中CO/O2的含量，避免煤气中的氧气含量过高导致在回收或使用中发生爆炸及避免不合格煤气的回收。1.2关键需求分析项目工艺关键需求是： 响应速度转炉煤气的有效回收和安全控制的关键因素是CO/O2分析仪器的响应速度，激光在线气体分析系统实现“在位”测量和毫秒级响应，响应时间1s，避免了采样预处理响应滞后带来的安全隐患。 样气排放转炉煤气含有大量有毒、易爆气体，传统分析系统的尾气排放不仅会造成环境污染和爆炸，对操作人员身体也
4、有害处。激光在线气体分析系统无需抽气检验，没有样气排放问题。 测量精确度测量的准确性关系到对安全隐患判断的准确性问题，激光现场在线气体分析对原始气体进行分析，不改变气体成份，测量误差1%。 防爆问题转炉煤气风机前/后管道气是燃爆性很强的气体，如果煤气泄露会有爆炸危险，所以测量系统必须具有防爆功能，传统的测量方式预处理系统很难防爆，存在安全隐患。 维护、标定系统维护和标定的工作量不仅牵涉人力物力，而且降低了开表率。激光在线气体分析系统的年维护和标定次数2次/年；且维护标定非常方便。 运行费用设备的选型不仅考虑一次性投资，还要考虑将来的运行和维护成本。激光在线气体分析系统无需备品备件，运行成本仅为
5、电费、气源费和标定气费用。2.系统方案设计2.1系统设计思路根据该项目CO/O2含量检测要求，我公司采用LGA-4120型在位式激光过程气体分析系统检测风机前/后的CO/O2含量。LGA-4120激光过程气体分析系统是结合多年的激光气体分析产品的开发和应用经验，集成半导体激光吸收光谱、激光器波长自适应、一体化正压防爆、蓝牙无线通讯等多项创新技术，推出的新一代激光过程气体分析产品。该系统的发射和接收单元直接安装在工业管道上。整个系统由于无预处理及运动部件，使得其相对于传统红外等分析系统，运行的稳定性和可靠性大大增强，并且维护标定工作量和运行费用大大降低。2.2系统方案图2.3 系统结构LGA-4
6、120型探头式激光过程气体分析系统的测量探头由发射单元和接收单元组成，具备了光谱分析、人机交互、正压控制、数据通讯等多项功能，极大的简化了现场安装和维护过程，提高了系统可靠性。发射单元：发射单元由人机界面、激光器驱动模块、中央处理模块、半导体激光器和精密光学元件等器件组成，主要实现半导体激光发射、光谱数据处理和人机交互等功能，其外形见右图。发射单元通过连接锁箍与连接单元（或标定单元）连接，连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构、维护切断阀门和安装法兰等组成。在对发射单元进行清洁或其他维护时，维护切断阀门可起到隔绝过程管道和操作环境，防止危险气体泄漏的作用。接收单元：接收单元由光电传感器、信号处理
7、模块、电源模块和精密光学元件等部分组成，其外形见右图。接收单元的主要功能是接收传感信号，并将光谱吸收信号传输至发射单元进行处理。与发射单元相同，接收单元也是通过连接锁箍与连接单元（或标定单元）连接，连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构，维护切断阀门和安装法兰等组成。吹扫单元：吹扫单元由过滤器、减压阀和稳流装置等组成，可使用压缩空（氮）气为气源，安装时可使用M16螺栓固定在接收和发射单元之间的位置；并将气源总管接入进气口，使用8mm的铜管/不锈钢管把吹扫单元的出气口连接到发射、接收单元的仪器法兰上的单向阀接口上。正压控制模块：LGA-4120激光过程气体分析系统有专门防爆设计，其发射和接收单元采
8、用正压防爆设计，在箱体内部通入保护性气体（氮气）达到正压防爆的作用。同时，系统接收单元内嵌了正压控制模块（见右图），该模块采用隔爆设计，内置压力传感、信号处理、电源控制和信息显示等模块，可对发射和接收单元内部的正压防爆气体的压力情况进行实时检测和控制，确保系统在危险场合的安全使用。 2.4系统工作流程通上电源，开启根部阀，半导体激光器发射出的特定频率的激光通过发射单元穿过气体通道，接收单元中的传感器接收衰减后的激光束，并将测量信号传送给中央分析模块，中央分析模块通过对测量信号进行分析处理，得到被测气体浓度，气体浓度信息通过液晶显示屏显示出来并通过标准接口输出。为了防止粉尘和被测环境中其它污染物
9、在视窗上聚集，需用工业氮气等气体通过吹扫入口进行连续吹扫，以便在光学视窗与工业气体间形成一段气幕保护。2.5系统测量原理LGA-4120半导体激光气体分析系统基于国际领先的半导体激光吸收光谱技术（DLAS），即“单线光谱”测量技术。具体来说，就是通过测量具有某一特定吸收谱线的激光束在穿过被测气体时发生的衰减信息，并根据激光强度衰减与被测气体含量间的正比关系，分析获得被测气体的浓度。与非分光红外气体分析技术相同,DLAS技术也是一种吸收光谱技术，它利用Beer-Lambert关系来定量分析半导体激光能量被被测气体选择吸收产生的衰减来获得气体的浓度。与传统非分光红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的
10、红外光源不同，DLAS技术使用谱宽非常小(也就是单色性非常好) 且波长可调谐的半导体激光器作为光源。因此，DLAS技术具有传统非分光红外分析技术无法实现的一些性能优点。n 不受背景气体交叉干扰“单线光谱”测量原理图半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，是红外光源谱宽的1/106，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线（半导体激光吸收光谱技术也因此被称为单线光谱技术），因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。n 不受粉尘和视窗污染干扰非分光红外气体分析仪在分析粉尘含量较大的气体时，粉尘和被污染的光学元件会引起气室透光率的变化，而固定波长的光
11、源又无法区别气体和粉尘的吸收，因此无法自动修正粉尘对光学元件的污染影响。而半导体激光的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描过没有气体吸收的区域。当波长位于吸收区域时可测得包含气体和粉尘在内的总透光率T总，当波长位于无气体吸收区域时可以测得粉尘透光率T粉尘，从而可以准确获得被测气体的透光率T气体 =T总/ T粉尘。DLAS技术通过激光波长扫描技术修正了粉尘和视窗污染对测量的影响。n 不受被测气体环境参数变化干扰被测气体环境参数温度或压力变化通常导致谱线强度和展宽发生变化，对温度或压力信号不加修正就会影响测量结果。而DLAS技术是对被测气体单一吸收谱线进行分析
12、，因此可较容易地对温度、压力效应进行修正。为此LGA-4100系统内置了温度和压力自动修正功能，能根据实际测量得到的被测气体温度和压力对气体成分测量值进行自动修正，从而可实现精确的在线气体分析。综上所述，单线光谱技术、激光波长扫描技术和环境参数自动修正技术使DLAS技术可以被用于实现气体的原位分析，因此比非分光红外等传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性。并且由于激光气体分析系统省却了采样预处理装置，结构简单、无运动部件，维护标定方便、可靠性高，响应速度快而准确，大大提升了在线过程气体检测的水平。2.6安装维护标定安装时，在被测管道相对方向安装焊接法兰，发射单元和接收单元通过锁箍连接到仪器法
13、兰（焊接安装如右图、系统安装效果如右下图）。系统无需经常更换零部件，其日常维护工作通常仅局限于对光学元件的清洁。因为在系统长期运行中，过程气体中的粉尘等污染物会污染光学元件，并使光学透过率下降，从而影响系统的正常工作，因此需要周期性地清洁这些光学部件。而且系统需清洁光学视窗时会自动提示，其清洁步骤也简单到仅为：关掉电源，松开锁箍，把接收单元和发射单元从仪器法兰上分别拆下，检查光学元件的污染情况并进行清理工作后， 重新安装好发射和接收单元, 并重新打开仪器电源后开始正常工作。气体分析仪器的电子元器件的老化会导致分析系统参数缓慢漂移，并直接影响测量的准确性，因此需要对分析系统进行周期性的标定（初次
14、使用时无需标定）。但由于LGA-4120系列分析系统先进的测量原理和特殊的低漂移设计，与红外等分析仪器相比，它具有非常长的标定周期（三个月以上），而且标定方法简单，可以采用标定管标定方式。标定装置如下图，即在安全的情况下，拧下锁箍，卸下发射和接收单元按右图方式进行安装和标定。2.7技术指标类别参数指标技术指标量 程O2：05% co: 0100%响应时间1s光通道长度15m线性误差1%量程/六个月量程漂移1%量程/六个月维护周期20W）吹扫气体0.30.8MPa工业氮气或净化仪表气等环境温度-3060安装安装方式DN50/PN2.5 法兰原位安装2.8智能化网络LGA-4120激光过程气体分析系统集成多项数据通讯技术，用户即可通过蓝牙无线通讯模块与掌上电脑（PDA）等无线数据终端进行无线通讯，也可以通过探头内置的RS485接口，通过选配的信号传输单元或中央控制单元实现多探头的集中管理和远程无线通讯功能，实现激光过程气体分析系统的多测点、多组份的网络化管理。2.9系统特点n 无需采样，现场测量n 响应速度快（1s），煤气回收效益高n 测量精度高（1%）n 不受背景气体交叉干扰n 自动修正粉尘及光学视窗污染影响n 结构简单紧凑、可靠性高，操作维护方
