一、我國轉(zhuǎn)爐冶煉行業(yè)的現(xiàn)狀
鋼鐵行業(yè)在我國的國民經(jīng)濟(jì)中，占有舉足輕重的地位。作為制造業(yè)中心，中國的工業(yè)化發(fā)展的潛力很大，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，會為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。而今，中國的鋼鐵行業(yè)正經(jīng)歷著兼并重組，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的過程。鋼鐵行業(yè)健康穩(wěn)步的發(fā)展，關(guān)系重大。
鋼鐵的冶煉過程實(shí)質(zhì)上是原材料、燃料和成品的流轉(zhuǎn)過程，在流轉(zhuǎn)中伴隨著大量氣體產(chǎn)生，而在線檢測分析這些過程氣體是冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制、安全和環(huán)保監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)之一。西門子公司是中國鋼鐵工業(yè)的合作伙伴，一直致力于推動(dòng)中國鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提高。西門子分析儀器能夠應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)中的煉鋼、煉鐵及燒結(jié)等各個(gè)裝置，對降低能源消耗、保證生產(chǎn)安全等起著十分重要的作用，還對鋼鐵企業(yè)增大產(chǎn)能，提高產(chǎn)品質(zhì)量有積極的效果。
二、轉(zhuǎn)爐冶煉為什么要安裝SITRANS SL原位激光分析儀
轉(zhuǎn)爐煉鋼的特點(diǎn)是吞吐量大、周期短、冶煉強(qiáng)度高，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中易產(chǎn)生大量煙氣，其主要成分是煤氣，其中CO約占60％～70％．它是一種有毒、有害、易燃、易爆的危險(xiǎn)性氣體．也是一種很好的化工原料和工業(yè)生產(chǎn)能源。因此，對轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化與回收是煉鋼中不可忽視的重要部分。過去對煉鋼所產(chǎn)生的氣體都采用直接放散，它不僅污染大氣，破壞了自然環(huán)境，還浪費(fèi)了許多能源。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣限度回收，對降耗增效，減少大氣污染，節(jié)能環(huán)保有著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
分析儀在其中測量CO/CO2和O2的值，分別在二次除塵后，煙道排放前以及氣柜出口，電除塵前的位置。CO/CO2的檢測是保證回收到價(jià)值的煤氣，O2的檢測是避免煤氣中的氧氣含量過高導(dǎo)致在回收或使用中發(fā)生爆炸。
這兩個(gè)測量點(diǎn)，采用維護(hù)方便，響應(yīng)時(shí)間短的SITRANS SL是一個(gè)比較好的選擇。其IP65的防護(hù)等級，1區(qū)的防爆設(shè)計(jì)以及自動(dòng)標(biāo)定的功能可以滿足現(xiàn)場惡劣的工況，保證有效安全的回收煤氣。
在鋼鐵行業(yè)的煤氣回收中，包括高爐煤氣、COREX爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等，會對煤氣中H2S的含量有一定的要求，分析儀在煤氣回收中還有一個(gè)應(yīng)用電就是采用色譜分析儀測量煤氣中硫的含量。
三、選擇西門子SITRANS SL 原位激光分析儀的關(guān)鍵性
由高爐煉鐵、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、最后經(jīng)軋機(jī)軋制組成的“長流程”是當(dāng)今鋼鐵行業(yè)的主要生產(chǎn)流程，超過三分之二的鋼材由長流程生產(chǎn)。鐵礦石經(jīng)高爐煉制形成鐵水，在鐵水中包含大量的碳和雜質(zhì)（如硫、磷等），為了得到高質(zhì)量的鋼材，鐵水必須經(jīng)進(jìn)一步處理，去除碳和雜質(zhì)。氧氣轉(zhuǎn)爐（BOF）是普遍的煉鋼設(shè)備，將鐵水注入轉(zhuǎn)爐，由水冷噴頭向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓氧氣。吹入的氧與鐵水中的碳經(jīng)過氧化結(jié)合生成CO和CO2，并以爐氣的形式與鐵水脫離、排放。整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝流程約15至20分鐘。爐氣中的CO 和CO2 可以作為反映轉(zhuǎn)爐工作狀態(tài)的參數(shù)組，通過監(jiān)測爐氣中CO、CO2的含量，可以提高轉(zhuǎn)爐的工作效率。SITRANS SL 原位激光分析儀的快速相應(yīng)能夠精確地確定整個(gè)工藝的結(jié)束時(shí)間，節(jié)約大量的氧氣與能量，優(yōu)化整個(gè)流程。轉(zhuǎn)爐氣體中含有大量的CO，可以作為可燃煤氣回收，此類高CO氣體的回收處理需特別注重防爆安全。測量快速、準(zhǔn)確、無干擾是SITRANS SL原位激光分析儀的特點(diǎn)之一，使用SITRANS SL 原位激光分析儀監(jiān)測轉(zhuǎn)爐回收煤氣中的氧含量可以增強(qiáng)安全性。
四、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀正確的選擇
1、SITRANS SL 原位激光分析儀產(chǎn)品簡介
SITRANS SL是一款借助不同氣體組份特定光吸收的測量原理的二極管激光氣體分析儀。SITRANS SL適合于過程或燃料氣體中的氣體濃度的快速和非接觸測量。傳感器(發(fā)射器和接收器) 只需直接安裝在監(jiān)測的工藝氣體管道上，無需采樣系統(tǒng)。處理測量信號為一個(gè)濃度值、監(jiān)控、控制和通訊服務(wù)的硬件都被集成于這兩個(gè)主要的模塊中。該傳感器是為嚴(yán)厲環(huán)境條件下的操作而設(shè)計(jì)的。激光從變速器被發(fā)送，穿過過程氣體，到達(dá)接收器端上的檢測器。測量是通過借助一個(gè)非常短的響應(yīng)時(shí)間而在線地執(zhí)行的，允許過程控制中快速和有效的成本節(jié)省。激光的本質(zhì)特性決定了單一的光譜可以不受干擾。由于激光的帶寬特別窄，只有吸收光譜與之相吻合的氣體組分才能夠有（吸收）反應(yīng)。由于激光技術(shù)所固有的優(yōu)秀補(bǔ)償能力，所以來自其它方面的干擾，例如灰塵和溫度，就可很容易地被去除。在線的內(nèi)置參比池充滿了無干擾參比氣體，是已存在的西門子TDL（可調(diào)諧二極管激光）技術(shù)優(yōu)勢的進(jìn)一步發(fā)展，無需人為自標(biāo)定而且維修要求低。
2、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀的理由
我國目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器是利用高壓靜電作用下產(chǎn)生正負(fù)極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時(shí)，由于受到高壓電場的作用被捕集下來。由于煤氣易燃易爆，如果煤氣中混有氧氣，當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸極就會發(fā)生爆炸。因此氧含量的控制至關(guān)重要。而對O2濃度的在線檢測主要采用傳統(tǒng)的抽取式氣體分析儀。這一技術(shù)對氣體潔凈度的要求十分苛刻，而氣體檢測采樣過程當(dāng)中的粉塵、焦油和液滴等其它雜質(zhì)，很容易污染分析儀內(nèi)部元器件，造成采樣分析錯(cuò)誤。在實(shí)際應(yīng)用中, 需要通過蒸汽引射探頭取樣、多級除塵、除硫、除萘、除焦油、除酸霧、除水等、增壓穩(wěn)壓、穩(wěn)流、快速回路、伴熱保溫等樣品處理方式來完成氣體潔凈度的要求，確保所使用的磁氧分析儀能夠準(zhǔn)確分析及長期使用。
由此可見，抽取式氣體分析儀依賴于氣體的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)。如果一旦氣體的采樣和預(yù)處理達(dá)不到分析儀的要求，儀器就會處于癱瘓狀態(tài)，同時(shí)要求日常維護(hù)工作量與維護(hù)的投入較大。整個(gè)分析過程的采樣管線及預(yù)處理和分析儀之間距離較長，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長，分析反應(yīng)遲滯,不能很好地滿足工業(yè)過程實(shí)時(shí)控制的要求。
焦?fàn)t煤氣電捕焦油器典型工況
3、激光氣體分析儀測量原理及SITRANS SL型激光分析儀的特點(diǎn)
由于各物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分子的能級也千差萬別，各能級之間的間隔也互不相同，這就決定了它們選擇性地吸收不同波長的光線。
激光分析儀正是依據(jù)分子的特征吸收譜，以比爾-朗波特定律為理論基礎(chǔ)，充分發(fā)揮激光的單色性、方向性與高亮度等特性，實(shí)現(xiàn)對某種特定氣體進(jìn)行濃度分析。如果已知某種氣體成分的特征吸收波長和吸收常數(shù)，利用激光光源的強(qiáng)單色性，使波長正好等于該成分吸收波長的光透過氣體，檢測并分析得到光的吸收強(qiáng)度，結(jié)合激光在氣體中的傳播路徑，就能得到待測成分的濃度。測量原理示意如圖1所示：
圖1 激光氣體分析儀測量原理示意圖與傳統(tǒng)氣體分析儀相比較，西門子的SITRANSSL 型激光氣體分析儀有如下優(yōu)點(diǎn):
（1）為提高測量靈敏性，減少其它氣體分子的干擾,儀器采用了波長調(diào)制技術(shù)：將激光束的波長調(diào)節(jié)成被測氣體分子所吸收的特定波長, 其它氣體分子對激光束不再產(chǎn)生吸收，解決了背景氣體的交叉干擾問題。
（2）“二次諧波處理”方法和“自動(dòng)增益控制”技術(shù)專用于濾除粉塵影響及粉塵動(dòng)態(tài)變化的情況。激光分析儀接收到的信號弱于發(fā)射信號的強(qiáng)度，這是粉塵阻擋與氣體吸收共同作用的結(jié)果。粉塵對信號的影響是遮擋，信號強(qiáng)度在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)均有減弱，而氣體分子是有選擇性地吸收，可以理解為是某個(gè)頻率的函數(shù)?！岸沃C波處理”是將信號以數(shù)學(xué)級數(shù)的方式展開，只針對展開式的二次諧波信號進(jìn)行分析，這樣就可以確保消除粉塵等干擾信號，將粉塵等影響去除。“自動(dòng)增益控制”是一項(xiàng)智能控制技術(shù)，根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)增益值，特別是當(dāng)粉塵含量動(dòng)態(tài)變化時(shí)，縱然原始接收信號的幅度變化劇烈，經(jīng)自動(dòng)增益處理后，總能限制在某一適當(dāng)?shù)姆确秶?，既不過于微弱，也不會產(chǎn)生飽和失真的狀況。正是由于采用“二次諧波處理”技術(shù)，不會因?yàn)樾盘柦?jīng)“自動(dòng)增益控制”調(diào)控幅度而影響分析的準(zhǔn)確性，兩者相輔相成。
(3)分析儀器帶自動(dòng)標(biāo)定功能。通過在光路上增加氧同位素模塊，使得儀器在每個(gè)分析周期都可以使用同位素的頻譜進(jìn)行自我標(biāo)定，確保儀器的零點(diǎn)和量程沒有漂移，具備長期運(yùn)行穩(wěn)定性。
(4)無需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，具有現(xiàn)場安裝測量、測量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
(5)激光分析儀具備ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85 ?C認(rèn)證，適用于更多的危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)用。
4、SITRANS SL 原位激光分析儀應(yīng)用
為了能夠使激光氣體分析儀準(zhǔn)確而又有效的應(yīng)用于電捕焦油器出口的氧含量檢測這一特殊情況，基于激光氣體分析儀的工作原理及電捕焦油器出口的現(xiàn)狀，我們選擇了SIEMENS SITRANS SL激光分析儀及與其配套的安裝吹掃方式。
1）、激光氣體分析儀主要由帶吹掃單元的發(fā)射裝置、帶吹掃單元的接收裝置及處理單
元構(gòu)成工作原理，如圖所顯示。
2）、激光氣體分析儀測量示意圖
其原理是：發(fā)射裝置和接受裝置通過法蘭安裝在現(xiàn)場的氣體管道的兩側(cè),發(fā)射裝置發(fā)出的紅外激光發(fā)射到氣體管道另一側(cè)的接收裝置上,由于管道內(nèi)被測氣體分子對激光束進(jìn)行單線光譜吸收,導(dǎo)致激光某一吸收譜線的光能量發(fā)生改變，光能量變化情況與被測氣體含量成對應(yīng)關(guān)系，通過檢測光能量變化情況就可以得出被測氣體的濃度。
3）、現(xiàn)場使用情況
如圖所示，我們優(yōu)化了安裝方式，通過特制的一體化吹掃管光程系統(tǒng)，避免了焦油、粉塵對光窗的污染，保證了儀器的長期穩(wěn)定運(yùn)行。通過特制的吹掃氣控制系統(tǒng)，確保了吹掃氣的可選擇范圍更大，對吹掃氣的質(zhì)量、流量及壓力做到更穩(wěn)定的控制。
激光氣體分析儀吹掃單元及安裝示意圖
4）、主要特點(diǎn)
(1)原位安裝，無需樣品維護(hù)的成本及不確定性；
(2)實(shí)時(shí)測量分析，響應(yīng)時(shí)間快，不存在滯后時(shí)間，確保用戶設(shè)備的使用安全；
(3)吹掃氣的吹掃，確保工藝中的水分、粉塵、焦油等有害物質(zhì)污染光窗；
(4)測量靈敏性高，受其它氣體分子的交叉干擾小；
(5)采用二次諧波技術(shù)，防止粉塵對測量的干擾；
(6)緊湊型的設(shè)計(jì)，確保其穩(wěn)固耐用；
(7)內(nèi)置參比池的設(shè)計(jì)，可自動(dòng)標(biāo)定，確保其測量穩(wěn)定；
(8)自動(dòng)增益控制，做到了動(dòng)態(tài)煙塵補(bǔ)償，避免了因工藝粉塵變化影響透光率；
5、SITRANS SL 原位激光分析儀圖片展示
1）設(shè)備圖
