冶金转炉烟气分析系统.doc

冶金转炉烟气分析系统1 概述转炉烟气分析成套系统,是我公司在吸收、引进多家国外公司(BUHLER、ABB、SIEMENS、YOKOGAWA)的先进技术的基础上,经过了近20年实践率先开发应用的高新技术产业,具有当今国际先进水平。德国比勒分析及测量有限责任公司向全球市场提供气体分析产品已长达30多年,产品涉及的范围有化工、冶金、发电站(包括核能电站),石油化工,食品工业及其它。我公司作为德国BUHLER分析销售技术服务中心在这个竞争力极强的市场中的成功和成长是建立在“绝不退而求其次” 的信条上的。我们接受挑战的能力已通过高质量的产品得到了证明,特别通过那些特殊应用要求的成功设计。本过程分析成套系统是专门针对转炉烟气的特殊工艺条件而设计,它能保证系统自动、连续、准确、可靠地在冷端分析转炉烟气中CO、O2的体积百分含量。采用PLC控制网络完成系统的采样、排水、气路切换、故障处理等功能。系统能够输出CO、O2成份含量的4-20mA标准电流信号,同时也可根据用户要求通过现场总线(PROFIBUS、MODBUS、ETHERNET、CANOPEN等)提供所有系统相关参数(系统状态与成份含量等数据)。成套系统包括提供选型咨询与技术交流、确定技术方案与系统配置、针对性设计与生产、专业制作与调试、人员培训等内容,我们将为用户提供全过程专业服务。2 系统技术指标2.1 样气处理系统技术指标 取样探头运行时间5年,且免维护 经处理后洁净样气含尘粒度0.5 系统滞后时间20秒钟(管线长度20米) 过滤装置不更换时间5年2.2 分析系统技术指标 零 漂1.0%/周 SF 线性度1.0%/周 SF 重复性1.0%/周 SF 灵敏度0.5%2.3 系统适用条件2.3.1 取样条件 样气温度:600 (转炉冷端一般为80) 样气含水量:90%100% 样气含尘:20g/Nm3 (已达转炉热端含尘量) 样气压力:-3KPa20KPa2.3.2 环境条件 环境温度: 545 相对湿度: 90% 大气压:60108Kpa 运输及存储温度: -25652.3.3 介质条件 工作电源: 220VAC 50HZ 3KVA 工作气源: 洁净氮源 0.6Mpa3 关键技术特点1) 针对转炉烟气工艺特点的预处理技术含尘烟气取样防堵系统是转炉烟气分析的基础,我们样气处理专利技术曾用在转炉热端达到上万炉不堵的记录。整套分析系统结构简单,运行稳定,易于维护。全不锈钢取样探头具有防尘、防水预处理功能;样气预处理装置安装在分析柜内,具有除尘、俘湿功能、为分析仪表提供洁净样气。这些已在我们的实践中得到了有力的证实。系统取样探头与过滤器反吹采用“憋气暴破”的原理,即将氮气(吹扫气源)憋至待吹扫装置(探头、过滤器)达到恒定压力,通过快速动作的气动控制单元,瞬间开启产生强大“爆破力”,将过滤样气的粉尘及残留水完全排除,使取样探头与过滤器具有强大的“再生”能力。系统针对烟气中金属粉尘具有磁性的特点,在预过滤级中研制设计了磁俘过滤装置可将烟气中的金属粉尘俘获并予排除,从而改变了后级烟尘结垢的特点。针对粉尘、水汽的结垢特点,设计了保护过滤装置,可将绝大部分的粉尘、水汽俘获,并能使在其上形成的结垢层(没有了金属粉尘)被破碎(憋气暴破的方法)后排除,保护过滤装置还具有吸水能力,减少了致密结垢层的形成。有利于发挥防堵排放功能,并能使大部分水汽被排出,大大减轻了精密过滤器工作的负担。针对多尘、高湿、大流量特点,取样探头利用流体力学原理,能够保证烟气中100的颗粒烟尘不能进入至分析室管路,它还具有承受大流量的能力,具有使多水汽烟气在其表面遇冷后凝结成的水份与俘获的烟尘形成的结垢层,绝大部分被排放出去保持其连续工作的能力,减轻取样系统后面诸级过滤器的工作负担。样气预处理装置均采用转炉热端样气处理技术,并配以超强的除水装置,保证样气的连续、准确分析检测。充分地保证转炉炼钢的高回收率,在较短时间内为实现“负能炼钢”提供必不可少的前提条件。该技术具有方案先进、结构简明、稳定可靠、操作简便等特点。2) 独特的取样方式总结多年实践中的经验,已往国外以及大部分国内分析厂家均将过滤装置设计在顶部探头中,管道中烟气与过滤后的洁净样气仅通过一只垫圈压紧隔离,维护人员很容易在维护过程中安装稍不注意或由于垫圈的老化,将会造成管道中的部分烟气不经过滤器而直接通过取样管道进入分析系统,导致仪器的损坏。由于探头过滤器装置安装在工艺煤气管道上,不仅给维护人员的工作带来了安全隐患,而且增大了维护量。我们系统中将过滤器安装在分析柜中,煤气管道上仅有不锈钢取样探头,结构简洁而且是不需要任何维护工作的。针对转炉ID风机的定期冲洗,烟气含水较重,有时高达20-30g/Nm3,有些国外公司的分析取样系统的探头和管路均采用保温方式(电或蒸汽),志在防止样气结露致堵。这样不仅增大了系统的维护量,而且一旦停电、停汽,将会造成整套取样系统堵塞,系统无法运行。独特的样气处理系统无需任何伴热处理,分析仪采取地面安装方式,取样系统管路连接、四级过滤、能确保整个系统长期、稳定、安全运行。3)精良的专业技术与系统配置鉴于样气处理的安全性与重要性,系统设有样气的稳压稳流、过滤监视、湿度报警、压力、流量监视等功能。而且关键部件均采用国外原装:如分析仪、冷凝器,保护过滤器以及湿度报警器等。4) 高品质的原装气泵由于转炉烟气分析实时性要求高,以保证回收系统的安全性。系统采用德国原装气泵加速系统流速,提高系统响应时间,提高了系统稳定性与可靠性。5)分级排放具有强大的系统再生能力系统采用分级吹扫排放,具有强大的再生能力。因此能保证系统取样探头与过滤装置常期可靠运行。取样探头以及预处理装置在正常工况下可保5年不堵不换。6)快速、准确的取样降低生产成本有些公司为避开转炉刚下枪时的浓烟,而延时进样分析2-3min,我们则是与“下枪”信号完全同步,且为提高流速,提高响应时间,还采用加速定排的方法,以提高系统流速,采集真实样气。若操作者提早20秒而不是延迟20秒回收烟气,假设气体流量是150000Nm3/h,可以增加气体回收1640Nm3/h,节约了成本。7)动态计算烟气热值信号输出采用“成份法”可实现对煤气热值的检测,即通过煤气中的成份含量动态计算出相应热值KJ。以供掌握每炉回收煤气的总热量,评价回收效率。8)分析系统总线结构提供各种通讯协议以供集成系统能够输出CO、O2成份含量的4-20mA隔离标准电流信号,同时也可以通过现场总线(PROFIBUS、MODBUS、ETHERNET、CANOPEN等)提供所有系统相关参数(系统状态与成份含量等数据)。与传统分析系统相比,采用现场总线不仅简化了设备接线,而且系统的可靠性、稳定性也得以很大提高。此外,还具有诊断信息丰富、便于系统(总线)集成、自动化程度高扩展性能好,操作简便,易于维护、等显著优点。总线型过程在线分析系统以适应现代计算机网络控制技术的发展,也是当今工业控制系统发展的方向9)全过程PLC自动控制系统实现全过程有稳定可靠的SIEMENS S7 PLC自动控制,完成系统的自动取样、反吹、备线以及故障诊断等功能。不仅可提供标准隔离电流信号输出,而且可根据用户要求提供各种通讯形式以供集成。10)丰富的系统诊断上位机系统我们将SIEMENS S7 PLC与计算机实时监控系统完美的结合起来,整套分析系统的自动运行、自动反吹、流程画面、历史趋势、平均数据、报表生成、显示打印、故障诊断等均由上位机监控系统完成。获取各种相关分析数据与诊断信息,系统不仅能够判断分析实时故障,还可建立了历史诊断数据库已供维护人员迅速判断系统故障并指导排除。4 系统配置高品质在线成套分析系统,应采用高精度的分析仪与稳定可靠的系统结构。本系统中的气体分析器选用德国BUHLER公司原装设备。样品预处理系统中的关键部件采用国外原装进口的高品质产品。此外配备了完善的控制单元,它以SIEMENSS7可编程序控制器为核心,配以可靠的硬件电路和完善的软件包。这些保证了分析的准确性、可靠性,并提高了系统的自动化程度.该系统由防尘防水取样探头、样气预处理单元、快速抽气单元、分析单元、自动清扫单元、顺序控制单元、控制操作单元和标定单元等组成。具体请参见气路流程图。分析仪器采用国际在冶金行业使用已非常成熟的德国BUHLER公司多组份红外分析仪,该仪表具有以下特点:正常使用时不需要标准气标定,可采用空气进行自动单点标定,即可保证仪器的稳定性和准确性。智能化仪器:内置CPU数据处理和控制,量程范围在一定范围内可任意设定、并且量程可自动转换,从而能够最大限度适应现场的各种变化,而取得最大的准确性和适用性。自动维护要求报警、故障报警开关、自动超限报警及样气流量报警,保证了仪器在故障情况下能及时通知用户,减少仪器的故障时间,保证仪器的投运率。人机界面友好:大液晶显示屏、光度智能调节、操作简单,用户根据菜单提示即可完成对仪器的操作(编程、测试和标定等)、并能最大限度提供仪器本身的自诊断功能详细表示出来,使得仪器操作简单,维护方便、维修快速,根据仪器的诊断功能便能及时找出仪器的故障所在。网络化:仪器提供网络连接接口,可以方便接入工厂的现场总线(Profibus),另外BUHLER仪器本身也可以构成一个仪器网络。样气气室采用独特的可拆卸工艺,一般光路流通面积50%污染仪器可正常使用,再大可拆卸清洗。检测器采用微流量传感技术,使用寿命非常长。采用的是陶瓷红外光源,可永久使用。模块化设计,互换性强,一旦仪器出问题,直接更换出问题的模块,而不需要太多的调整和测试,即可达到出厂的仪器性能,并且一般的仪表人员都能做到。抗干扰能力强,电磁兼容性好。冶金转炉烟气分析仪表仪选型如下:SIEMENS U23一氧化碳组份:检测组份:CO (一氧化碳)采样流量: 1.2-2L/min量程(高/低): 0-100 %零飘: 2% FS/YEAR(用空气自动调零)跨飘: 2% FS/YEAR采样方法: 直接抽取法分析方法: NDIR 红外法精确度: 1%线性度: 1%反应时间: 3S环境温度限制(最低/最高): +5- +45 用电量: 60VA报警输出: 8路接点输出 AC/DC 24V 1A输出信号方式: 4-20mA重量: 10kg模拟输入 2个0/2/4-20mA二进制输入 6个自由组态24V输入 串口 RS485允许使用温度 +5-45允许相对湿度 max. 90 %氧组份:检测组份:O2采样流量: 1.2-2L/min量程(高/低): 0-25%零飘: 2% FS/YEAR(使用空气自动标定)跨飘: 2% FS/YEAR采样方法: 直接抽取法分析方法: 电化学法精确度: 1%线性度: 1%反应时间: 3S环境温度限制(最低/最高): +5-+45用电量: 60 VA报警输出: 8路接点输出 AC/DC 24V 1A输出信号方式: 4-20mA重量: 10kg模拟输入 2个0/2/4-20mA二进制输入 6个自由组态24V输入串口 RS485允许使用温度 +5-45允许相对湿度 max. 90 %3.1 取样预处理单元:由四级预处理组成。第一级是防尘防水取样探头,吹扫球阀完成对探头及其管路积尘的清理。第二级是由防水型预过滤装置与相应控制阀件组成,可以将烟气中的大量粉尘与水份俘获,输出样气粒度可达2。第三级由气水分离器和快速旁路组成。气水分离器将快速流动气样中的水汽进行收集,快速旁路保证了取样速度。第四级是由压缩机冷凝器和精密过滤器等组成,它将分析气中残剩的少量水汽进行更彻底地冷凝收集和过滤。使样品气满足进入分析器的要求,以保证分析结果的准确性与可靠性。3.2 快速抽气单元:由抽气泵、压力检测器、旁路流量计组成,抽气泵将被测样气快速抽到分析柜并稳流后通过旁路流量计加速排放,若取样压力达不到额定范围,压力检测器会通过PLC发出报警信号。3.3 自动清扫单元:由电磁阀、二通球阀、压力表、减压阀等所组成,它们由可编程控制器自动控制对取样探头、管路以及过滤器等进行顺序清扫和排水。3.4 分析单元:由CO、O2 分析器、流量计、排气管线等组成,它是进行样气分析的核心装置。3.5 顺序控制单元:由可编程控制器、应用程序软件及控制电路组成,它根据操作单元的操作指令自动控制分析系统的运行、记录、清扫、报警显示、实时工作状态灯光显示和保护联锁,它还具有与上机位(DCS等)的联络功能。3.6 操作单元:由总电源开关、运行方式(“自动”与“维护”)开关、实时工作状态显示灯(运行、清扫、标定、报警、控制阀等指示灯)组成,它是与PLC密切联系的人机对话单元,通过简单的操作将指令送到PLC进行控制,并将实时工作状态用指示灯显示出来。3.7 顺序控制功能:该功能是提高分析自动化程度的重要手段,通过SIEMENS S7可编程逻辑控制器对整套分析系统进行自动控制,应用户要求可设置远程监控操作站,以实现进行远程实时分析、历史数据诊断、过程报表等功能。当转炉下枪信号一到,立即开始取气分析(运行灯亮),提枪吹炼完毕后延时一段时间(志在分析管道内余气成份,提高回收气量;还可避免因吹炼中间提枪的干扰)自动停止取气分析并开始自动反吹、备线以等待下次吹炼信号。3.8 预处理单元的自动清扫功能:当冶炼结束时,分析系统自动转为自动清扫状态,将滤留下的烟尘和冷凝水清扫干净,以备下次取气运行。5 全方位专业技术服务5.1 供方应按照技术规范的要求对所有供应设备的组装与安装进行监督并保证其合理地开展工作。5.2 供方将安排有专业的工程师对所有仪器的启动和最初的检查,以保证转炉烟气分析系统按规范要求运行。5.3 供方提供的转炉烟气分析系统至少有一年的保修期。需方有权与供方签定一个保修期可选择的维修合同,合同中明确供方对分析系统负责维修的年限,每年定期维修的频次不少于两次,没次不少于两个工作日。供方承诺向采购方长期及时地提供备品备件。5.4 供方对所供设备实行终身服务,设备出现任何问题将在24小时内到达现场,共同友好协商解决问题。5.5 供方与用户每年至少对使用情况及存在问题进行一次以上的技术交流。5.6 供方根据技术规范的要求,将负责所供设备的现场安装指导,上电调试及技术服务作出以下计划。一、概述智达在线气体分析系统适用于钢铁冶金、石油化工、环保、生化制药、 电力等各行各业中CO、CO2、O2、CH4、H2S、SO2等气体的在线连续检测和分析。针对气体中含有不同程度地细小混合物、低沸点、有机物、硫化物水气水合物、焦油等,有一定的粘度，易结晶，而且腐蚀性很强，南京智达公司经过多年的精心研究，通过现场实践，生产出国内先进的气体在线分析系统并具有安全可靠、抗腐蚀、取样真实、响应快、分析精度高等特点，特别是预处理方面在一些大型化工，冶金企业运用了四五年从没有堵塞过，并获得了（中华人民共和国专利），根据不同的工况条件，开发出不同种类、防腐、除尘、防爆等系列性产品在全国一些大型厂矿企业使用的很成功，得到了客户的好评。二、系统技术指标和参数适用场所本系统适用于气体在管道流域线路中以及尾气回收及炉窑中等工艺中CO、CO2、O2、CH4、H2S、HCl、HF、SO2在线连续监测分析。气体最大含尘量150g/NM3，实际工况远远小于150g/NM3气体温度：800，气体实际温度小于800。 取样点压力：大于-3KPa适用于各种气体硫化物和腐蚀性环境。适用环境条件： 配置保护地线（接地电阻4) 仪表房内安装 环境温度：545公共设施条件： 电源220V10，50HZ1HZ，容量5KVA 反吹气源: N2，无油、无水(0.40.7MPa) 蒸气、工业用蒸气测量要求及分析参数(根据不同的工艺要求、测量点测量成份及量程等不同)ZD101-80型是针对工业生产中气体分析要求所制定的采用单探头或多探头，进行单点或多点进行间断或连续在线监控。系统测量监测气体中CO、CO2、O2、CH4、H2S、HCl、HF、SO2等多种气体含量，具有历史数据存储、报表生成等功能，其成份量信号和报警信号参与到工艺控制中，便于工艺控制和成本核算。 系统技术参数1.系统响应时间15s(取样管20m左右)2.系统灰尘过滤精度0.5m3.系统可靠性MTBF3年4.取样探头免维护。系统维护周期1年5.针对工况和工艺可实现单系统，多点自动切换取样分析，PLC控制，自动置换。具有自动、手动反吹防堵装置，自动反吹清灰。6.输出信号：420MA，控制报警信号NO/NC，触点号量2A/220V7.根据需要可配置工程微机各种状态微机显示,历史数据存储及报表生成。故障诊断、报警,实时追踪显示、信息采集、数据传输、远程访问等功能。三、系统关键技术措施针对气体在不同程度中，含有混合物气相、冰相、烃液相及固态水合物相等多相并存，并具有一定粘度和腐蚀性的特性，我们设计了分析及取样预处理系统，来确保分析系统的长期可靠免维护运行。全干法分析的技术措施1.采用全干法热态流程，高性能系统温控技术，并将温度控制在有害气露点之上避免了气体有水、液烃、水合物在除杂质过滤过程中出现，避免了过滤器和管道的堵塞和结垢。要保证系统真实反映气体成份浓度，其前提必须是探头取样要全面、真实，这些就需要有良好的预处理作保证。2. 某种气体易溶于水，会腐蚀管道，同时测量不准。因此，干法流程,快速冷凝显得很重要。使样气中的水,有害物等杂质在某一环节快速冷凝，被快速除去，确保样气损耗率最低，保证样气不失真。同时，我们采取特殊技术,来避免在快速冷凝气出口处固相物的形成，保证冷凝器长期使用。3.根据用户要求分析仪器选用高质量、高性能的进口产品或选用品种好的国产化仪器。 针对气体中杂质含量比较大的防堵技术措施在工业气体里细小的杂质比较多。这对于取样分析是比较困难的。简单的分析系统在此场合应用均不能满意首要原因就是过滤器经常堵塞，需定期拆下清洗或更换探头。气体的成份分析，预处理是关键。预处理系统中过滤措施更是关键的关键。前级过滤器承受最恶劣的环境也最易堵，这一现象是由于传统过滤器均采用刚性表面微孔过滤原理所造成的。刚性表面微孔过滤器只靠表面积过滤，介质间隙很小，分析时大量气尘阻挡于过滤器的表面，表面容纳的杂质量有限，易堵塞。同时一部份细尘进入微孔，也有硫化物以气态和雾状进入微孔，而在过滤器内部结晶成固体，在反吹时，间隙内的烟尘和结晶物无法清除,造成堵塞。取下清洗后，性能不可恢复，引起寿命短，使工作量大，费用高。要彻底解决这一问题必须有过滤原理上的突破，南京智达公司通过多年研究创新设计的大容尘流动介质过滤器（已获国家专利），由于介质间隙在分析时很小，保证分析精度，提高过滤效率。不仅靠表面积过滤，而且利用本身容积过滤，容尘量大，反吹时间隙变大，使清除结晶物效率可达100%，长期使用不堵塞。在原理上就解决了过滤精度和易堵的这一对矛盾。另外，智达公司的过滤系统还包括流线型免维护一体化取样探头、不锈钢薄壁过滤器等各项专用技术，其中每一次的过滤及防堵效果均优于传统技术。本装置的过滤系统整体性能在多次国际招标和国际学术交流得到国外专家的好评，处于国际领先水平。 系统除油质、除低沸点有机物的技术措施工业气体中，由于化工气体腐蚀性很大，在低温时，这些有机物从气体中凝结或结晶出来，形成粘液状的结晶物，极易堵塞过滤器，因此本系统采用快速冷凝方式除去油质和水份。 针对系统耐腐蚀的技术措施由于化工气体中含有腐蚀性极强的化学物质,针对这种情况，我们采取如下措施:1.系统与样气接触部分采用不锈钢材质或特富龙材质,强腐蚀部分可采用内衬陶瓷膜的材质。2.全干法热态流程,避免酸液的生成。 3.智达专有的SO3过滤器,能有效地除去SO3而不影响SO2分析值，极大地减少系统被腐蚀的可能性。 针对有害气体检测防爆问题和技术措施：气体分析防爆安全性，涉及到分析系统安装在危险场所的安全性和系统本身的安全性，当分析仪器集中安装时系统由众多带电运行的元件组成，如分析仪器、电磁阀、电气开关、指示灯、泵等。不可能都选用防爆型的，最好的方式是将这些元件安装在一个人为局部安全的环境防爆分析房中。采用正压充气防爆分析柜方式，将洁净安全气引入正压腔，阻止外界危险气体、粉尘的进入，达到防爆之目的，具体情