焦爐煤氣分析系統在焦爐煤氣制取天然氣中的應用

焦爐煤氣在進入靜電除塵設備之前，需要分析焦爐煤氣含氧量，因為靜電除塵設備中的焦爐煤氣含氧量達到一定程度時會引發爆炸事故，從而損壞設備和造成人身傷害，所以對焦爐煤氣中的含氧量分析及監控極為重要。筆者將就煤氣分析系統在靜電除塵工藝中的應用進行探討。

1.煤氣靜電除塵技術

煤氣除塵技術在我國已經較為成熟，其方法也多樣，本文主要探討的是煤氣靜電除塵。

其工藝原理為：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。

根據目前國內常見的靜電除塵器型式可概略地分為以下幾類：按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等。

靜電除塵廣泛應用于冶金、礦山、化工、制藥、發電、冶煉等行業，如以煤為燃料的工廠、電站，收集煙氣中的煤灰和粉塵；冶金中用于收集錫、鋅、鉛、鋁等的氧化物。

2.靜電除塵器泄爆

靜電除塵技術盡管具有凈化效率高、環保的優勢，但由于系統控制要求較高，國內外企業在應用過程中也出現過各種問題，其中尤為頻繁的是靜電除塵器泄爆問題。

靜電除塵器是采用高壓電場使煤氣發生電離，氣流中的粉塵荷電后在電場作用下與氣流分離達到除塵的目的。工業所講的煤氣是指含有H2、CH4及CO等多種可燃氣體成分的混合氣體，其特性是無色、易燃、易爆、易使人中毒。煤氣的這些特點就決定了在工作中必須小心操作，否則容易引發事故。煤氣爆炸極限有兩個： VCO ＞ 9%、VO2 ＞6%或VH2 ＞3%、VO2 ＞4%，靜電除塵器內煤氣成分達到爆炸極*，被電場中高壓閃絡的電弧火花爆燃，煤氣體積迅速膨脹，導致壓力超過泄爆閥設定值，就會發生泄爆。

大型的泄爆會造成設備損壞，中小型的泄爆會造成靜電除塵器內的極板、極線損壞，使極間距發生變化，影響除塵效果，通常泄爆一次會使該爐次生產中斷8 min 左右。

3.煤氣分析系統在煤氣除塵工藝中的應用

國內外鋼鐵企業干法除塵系統運行中的泄爆主要發生在開始吹煉、緊急提槍和補吹階段，都是由于停吹時靜電除塵器中充滿空氣，當轉爐開吹時產生的CO 沒有*燃燒所致。因此減少泄爆的關鍵是控制煤氣中CO、O2和H2 濃度在爆炸極限之外。企業可使用煤氣分析系統對焦爐煤氣中的CO、O2 和H2含量進行在線監控以及分析，從而實現對焦爐煤氣的實時監控，進而確保焦爐煤氣系統的正常運行。

在線氣體分析系統Gasboard-9021

在線氣體分析系統Gasboard-9021是四方光電（武漢）儀器有限公司自主研發的專門針對樣品氣中含塵、含濕、含焦油的特定工況而設計的，由預處理單元、控制單元、分析單元三部分構成。其分析儀表采用該公司自主研發的多組分煤氣分析儀Gasboard-3100，可用于在線測量煤氣中CO、CO2、CH4、CnHm、H2、O2等氣體濃度，并可實時計算煤氣熱值。測試數據可通過RS-232或RS-485、4-20mA輸出接口傳輸到上級集中控制系統，為實現遠程的監測、工藝調整提供實時依據。

3.1多組分煤氣分析儀技術原理

一臺氣體分析儀能夠同時測定多組分氣體中的各種氣體的濃度，對于工業企業而言，這就意味著設備投入成本的大幅降低。煤氣分析儀Gasboard-3100的核心傳感器采用了模塊化設計，通過雙光束紅外技術實現一個氣室內完成CO2、CO、CH4、CnHm的同時測量，并結合MEMS熱導技術及長壽命電化學氣體傳感器技術，實現6組分煤氣同時分析。

煤氣成份中，特別是焦爐煤氣，除甲烷外，還含有其他碳氫化合物等成分。根據紅外吸收原理，如圖，乙烷等碳氫化合物在甲烷的特征波長3.3um左右有明顯吸收干擾。當煤氣中其他碳氫化合物含量較大時，CH4的測試值會明顯偏大，導致測量不準確。煤氣分析儀Gasboard-3100采用雙光束紅外技術，乙烷、丙烷、丁烷對CH4的影響可以忽略，并通過添加一個CnHm傳感器，可以同時準確測量CH4和CnHm。

3.2在線氣體分析系統Gasboard-9021功能特點

氣體在進入分析儀傳感器之前須除塵、除油、除水等，與此同時，還要求過程中待測氣體組份不被改變。預處理技術的好壞，直接影響到監測的準確性、可靠性、分析儀的使用壽命等。因此，預處理單元在在線氣體分析系統中占據相當重要的作用。

在線氣體分析系統Gasboard-9021是專門針對樣品氣中含塵、含濕、含焦油的特定工況而設計的，采用 PLC 程序控制，自動完成采樣、排水、反吹、故障處理等操作，實現24小時無人值守，保證系統長期穩定、準確、連續自動在線運行，大大減少了人工負荷。

4.結語

煤氣除塵和煤氣安全防護，是很多工業企業都必須面臨的工作。同時，作為鋼鐵、有色、化工、新能源等工業領域重要的能源載體，為了有效、安全、合理利用，煤氣成分、熱值及氧含量等各種參數監測具有至關重要的意義。在安全首要的理念下，相關管理部門必須對煤氣的除塵和安全管理采取有效的監測措施，來保證生產工作順利進行。