高爐煤氣氣體分析-氣體分析系統(tǒng)

本文將從高爐煤氣的產(chǎn)生、凈化原因及方法、其危險性以及我們針對高爐煤氣研制的氣體分析系統(tǒng)、氣體分析原理及應用領域七個方面對高爐煤氣氣體分析展開介紹。

1.高爐煤氣的產(chǎn)生過程及成分

高爐煤氣是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品。焦炭和噴吹物在風口前燃燒，在高溫狀態(tài)下，過剩的碳元素和氧氣發(fā)生化學反應產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙熱的焦炭產(chǎn)生一氧化碳，一氧化碳在上升的過程中，還原了鐵礦石中的鐵元素，使之成為生鐵，這就是煉鐵的化學過程。鐵水在爐底暫時存留，這時候在高爐的爐氣中，還有大量的過剩的一氧化碳，這種混和氣體，就是“高爐煤氣”。它的主要成分為CO、CO2、N2、H2、CH4（甲烷）等，其中可燃成分CO含量約占25%。H2、CH4的含量很少，CO2,N2的含量分別約占15%,55%。

 2. 高爐煤氣凈化的原因及方法介紹

從高爐爐頂排出的煤氣含塵量很高，如果不進行除塵和清洗，這種煤氣是沒有使用價值的，因為大量含塵的煤氣在燃燒時，會將化工焦爐燃燒室格子磚，高爐熱風爐蓄熱室格子磚及軋鋼廠加熱爐燒阻，燒結機點火器堵塞，同時在長途輸送途中，也會造成管道堵塞，沖刷、腐蝕管壁，使得整個系統(tǒng)維護量加大、維護費用大增，甚至影響生產(chǎn)。所以，高爐煤氣必須經(jīng)過除塵凈化后才可以回收利用，除塵凈化分為濕法和干法兩種工藝流程。

從高爐煤氣的除塵、清洗發(fā)展來看，其工藝流程隨著科學技術進步，設備改造也在不斷發(fā)展。目前新建中小高爐基本上采用干法除塵工藝。而大型高爐煤氣清洗工藝基本上有兩種：即高爐煤氣干法除塵與濕法除塵?；騼煞N工藝兼而有之。而濕法除塵又有塔文工藝、雙文工藝和比紹夫等工藝方法。本文對采取干法除塵的高爐煤氣凈化及回收工藝簡要描述

3.高爐煤氣干法凈化及回收工藝

高爐煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)主要包括三部分：煤氣系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、排灰輸送系統(tǒng)。工藝示意圖如上圖。

煤氣系統(tǒng)。高爐產(chǎn)生的0.1-0.25MPa、100-250攝氏度荒煤氣（荒煤氣是指含塵煤氣）首入重力除塵器，在重力除塵器內(nèi)將較大顆粒進行沉降，半凈煤氣出重力除塵器后經(jīng)管道進入布袋除塵機組，半凈煤氣在溫度處于80-300攝氏度范圍內(nèi)時，進入布袋除塵器，由于濾袋的過濾作用，煤氣透過濾袋進入凈煤氣主管，灰塵留在濾袋外，經(jīng)過除塵后的高爐煤氣進入凈煤氣總管，經(jīng)TRT發(fā)電或調壓閥組減壓至10-15kPa后進入凈煤氣管網(wǎng)。

反吹系統(tǒng)。半凈煤氣進入布袋除塵器后，在濾袋的作用下灰塵被擋在濾料外側，灰塵越積越多，過濾阻力不斷增大。當阻力增大或時間到一定值時，電磁脈沖閥啟動，進行脈動噴吹清灰，噴吹氣采用氮氣，清理的灰塵落入灰斗。

排灰輸灰系統(tǒng)。反吹下來的灰塵落入除塵器灰斗，當灰斗中的灰塵積累到一定量（由料位計控制或時間控制）時，經(jīng)卸灰球閥輸入中間灰斗，中間灰斗設有高低料位，當達到高料位時，開啟輸灰系統(tǒng)并加濕后由汽車外運。

4.高爐煤氣主要風險特性

冶金煤氣易燃、易爆、易中毒，決定了煤氣事故災害的大規(guī)模性，表現(xiàn)為著火、爆炸和毒物逸散等可能引起群死群傷的三大現(xiàn)代災害形式，煤氣是混合物，由于成分不一樣 , 體現(xiàn)的危險性不一樣。無論是焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣、鐵合金煤氣以及發(fā)生爐煤氣，均具有以下特性：

（1）易燃性

從各類煤氣的組成成分看，煤氣是多種可燃性氣體成分組成的混合氣體，其特點是發(fā)熱量高、易燃燒。

（2）易爆性

任何可燃性氣體和空氣混合達到一定比例，均會形成具有爆炸危險的混合氣體，一旦遇到火種，就會引起爆炸燃燒。

（3）擴散性

由于煤氣均屬于氣態(tài)，其密度比空氣輕或接近于空氣，易向上散發(fā)、飄逸。

（4）中毒性

一氧化碳是冶金煤氣的可燃成分之一，是無色、無嗅、有毒的氣體，一氧化碳吸入人體后與血紅蛋白迅速結合形成碳氧血紅蛋白，使紅細胞失去攜氧能力，從而造成組織急性缺氧，缺氧發(fā)展到一定程度，便引起死亡。

（5）腐蝕性

因煤氣中含有飽和水分，當煤氣溫度低于煤氣露點溫度時，煤氣中將析出冷凝水。由于原料來源和洗選條件的不同，并受煤氣凈化條件的限制，煤氣中會含有硫化氫、二氧化碳、酸根離子等，這些物質溶于冷凝水中后形成酸，對煤氣管線產(chǎn)生酸性腐蝕，成為管道腐蝕的主要因素。

（6）塵毒慢性危害

煤氣 的另一個突出問題是煤氣毒物慢性危害和煤氣帶來的污染，在煉焦、高爐等生產(chǎn)過程中，煤氣放散，未凈化的荒煤氣含有大量的毒物和灰塵，有毒物質可能會造成人體慢性中毒。

由于高爐煤氣所具有的潛在危險屬性大，在高爐煤氣產(chǎn)生及后續(xù)運輸管路中都應對做好對CO、CO 2 、H 2 、CH 4 （甲烷）等的監(jiān)測，以達到保護管路及生產(chǎn)過程的目的。

5.我們的產(chǎn)品-高爐煤氣氣體分析系統(tǒng)

6.高爐煤氣氣體分析的原理

紅外（NDIR）氣體分析原理 : 由于各種物質分子內(nèi)部結構的不同，就決定了它們對不同波長光線的選擇吸收，即物質只能吸收一定波長的光。物質對一定波長光的吸收關系服從朗伯 — 比爾 (Lambert2Beer) 吸收定律。

NDIR 紅外氣體傳感器工作原理是基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強度關系（朗伯 - 比爾 Lambert-Beer 定律）鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。

其主要由紅外光源、光路、紅外探測器、電路和軟件算法組成的光學傳感器，主要用于測化合物，并包含絕大多數(shù)有機物。

激光（TDLAS）氣體分析原理：激光穿過被測氣體的光強衰減基于朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律，即被測組分對特定波長的光具有吸收，且吸收強度與組分濃度成正比，通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體濃度。

關鍵技術是可調諧半導體激光吸收光譜法（ TDLAS ），是利用半導體激光器的波長調諧特性和待測氣體對激光的選擇性吸收進 體濃度檢測的一種技術。具有高靈敏度、實時、動態(tài)、多組分同時測量的優(yōu)點。

其原理是可調諧半導體激光器在驅動電流的調制下，發(fā)射出特定波長的激光，隨著注入周期性電流的調制，激光波長產(chǎn)生周期性變化，使激光中心波長調節(jié)到待測氣體的吸收譜線，發(fā)生選擇性吸收，再利用經(jīng)過氣體吸收得到的光譜強度信號反算出待測氣體的濃度。

因為半導體激光器的高單色性，可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線進行測量，避免了不同分子光譜的交叉干擾，從而準確的鑒別出待測氣體。

熱導分析測量原理：熱導式是利用氣體的熱導率，通過對其中熱敏元件電阻的變化來測量一種或幾種氣體組分濃度的，能分析的氣體廣泛。

由傳熱學可知，各種氣體都具有一定的導熱能力，但程度不同，通常用熱導率λ來表示。熱導率λ越大則導熱性能越好，其值的大小與物質的組分、結構、密度、溫度及壓力等有關。適用于被測組分與其它組分導熱系數(shù)差異較大的場合。 

7.高爐煤氣氣體分析系統(tǒng)還可應用于哪里

1.各種燃料（油、氣體和煤）的燃燒系統(tǒng)，監(jiān)測它們的廢氣排放濃度；也可監(jiān)控熱焚燒廠的運行；

2.過程控制功能的監(jiān)測；

3.在鋼廠熱處理過程中監(jiān)測環(huán)境狀況。

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高爐煤氣的產(chǎn)生過程及成分