激光式氣體分析儀（LGA—4100）在轉爐煤氣回收中的應用

劉望遠

摘 要：介紹了激光氣體分析儀的測量原理、系統組成以及檢測中的日常維護和故障處理等。

關鍵詞：激光式分析儀；轉爐煤氣；煤氣回收

中圖分類號：X757 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0097-02

1 前言

在轉爐的過程中吹煉會產生大量的一氧化碳氣體和其他混合氣體，而一氧化碳的含量平均值約為50%，熱值比較高。目前隨著鋼產量的不斷增長，人們對轉爐煤氣回收利用越來越重視。隨著科學技術的不斷改進和發展，轉爐煤氣回收技術也得到了有效的提高，一般轉爐回收優異程度是通過轉爐煤氣的多少來衡量。近年來激光技術的應用，在實際應用中也具有一定的安全性和可靠性。本文先把傳統的采樣氣體分析與現代化激光分析儀進行分析，然后對激光分析儀（LGA—4100）的測量原理、日常維護要點及常見故障判斷等作出詳細的分析，并對激光分析儀在煤氣回收中的應用進行探討。

2 傳統分析儀和激光分析儀比較和選型

2.1 兩種分析儀比較

傳統的轉爐煉鋼氣體分析系統采用的是取樣的方式進行分析處理，而這種方式雖然也取得了較好的成果，但是缺點也比較明顯。在預處理的過程中很容易導致系統堵塞，或是泄漏等現象。而且在分析的過程中時間比較長，預處理過程中的故障排查比較復雜，使得維護工作比較困難，最主要的缺點是采樣分析系統檢測結果具有嚴重的延遲，不但造成回收相應慢回收量少的情況，更會產生不安全的因素，將低CO含量高氧含量的煤氣回收入柜。但是激光分析儀相較傳統的轉爐煉鋼氣體分析系統具有一定的優勢，在進行氣體處理的過程中可以不用對采樣氣體進行預處理，只要用激光對需要處理的氣體環境進行測量就可以，可以實現實時檢測測量，無延時現象，而且在維護過程中的具有工作量較小、管理方便等特點。

2.2 氣體分析儀的選型依據

在轉爐煤氣回收的過程中，為保證安全有效的回收煤氣，就必須在風機前或者風機后安裝氧分析儀和和一氧化碳分析儀，以實時檢測煤氣管道內氧氣和一氧化碳的含量，避免氧含量過高或者一氧化碳含量過低的不合格煤氣的回收。在設計時，對煤氣分析儀提出了如下要求：

（1）在線氣體分析系統要求實現快速響應，響應時間應<1S，避免測量之后帶來的安全隱患；（2）測量的準確性關系到對安全隱患判斷的準確性問題，氣體測量誤差<±1%；（3）風機前后均是煤氣區域，如果煤氣泄露會有爆炸危險，所以測量系統必須具有防爆功能；（4）盡量減少維護時間和標定的工作量，減少維護率；（5）減少分析儀設備后期運行和維護成本。

針對上述要求，我們最終選擇了杭州聚光的LGA—4100激光分析儀作為轉爐煉鋼煤氣回收的檢測儀表，該分析儀具有在線測量，快速響應（激光檢測系統響應速度快15～30秒，可帶來生產效率3-5%的提升），測量誤差小，比對和標定周期長（6個月比對，12個月標定），故障率低且帶有正壓防爆功能等優點。

3 LGA—4100激光分析儀介紹

3.1 LGA—4100組成

（1）發射單元；（2）接收單元；（3）連接單元；分體式連接單元，該連接單元目前應用比較廣泛，適用于工程氣體比較干凈的工況和轉爐煤氣柜前等管道氣體流速可能很低或不流動的工況。在粉塵顆粒或水份含量比較大的工況，應在迎向氣流方向離連接單元100mm左右的地方加裝擋板。一體式連接單元——如圖即通過合理的結構設計和流體計算，在保證適時的情況下，測量光程段的瓦片結構能有效阻擋部分焦油和粉塵顆粒。該結構的好處是減小工程施工難度、較好保證同軸度和阻擋焦油、粉塵。該結構除用在電捕焦工況外還用在粉塵顆粒比較大的非電捕焦工況中。在含水量較大的工況還需加裝擋板；（4）吹掃單元。

3.2 LGA—4100測量原理

激光分析儀是利用的DLAS技術。激光吸收光譜（DLAS）技術利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收光譜的原理來測量氣體濃度，由半導體激光器發射出特定波長的激光束（僅能被被測氣體吸收），穿過被測氣體時，激強度的衰減與被測氣體的濃度成一定的函數關系，因此。通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。LGA—4100測量原理如下圖所示，發射單元發出的激光束穿過被測煙道（氣體），被安裝在直徑相對方向上的接收單元中的探測器接收，獲得的測量信號傳送到中央分析儀，中央分析儀對測量信號進行分析，得到被測氣體的濃度。激光氣體分析系統 有內置溫度和壓力自動修正功能，能根據現場的環境溫度和壓力對測量值進行自動修正，從而實現非常準確的在線分析。

3.3 LGA—4100日常維護主要檢查項目

（1）儀表透過率是否正常（一般要求大于10%，特殊工況除外），透過率過低會造成檢測結果不準，偏低或偏高。（2）檢查儀表吹掃是否正常（壓力是否正常、流量是否正常、是否含有油水等雜質）。（3）檢查儀表的正壓是否正常（正壓壓力應保持在500pa-900pa之間），正壓低于500Pa時，會導致分析儀工作電源斷電。（4）檢查儀表是否有報警碼。（5）檢查儀表的測量值是否正常。（6）目測檢查和清潔光學元件（玻片），適時的清理吹掃內棒。（7）優化系統測量光路。（8）根據測量值的變化，適時對儀表的標定、調零。

3.4 LGA—4100常見故障處理流程

3.4.1 LGA-4100測量值偏低或偏高該如何處理

針對現場測量值異常的故障，最好的判斷的方法就是將儀器裝在標定管上通標氣，判斷儀器測量值是否正常。若將儀表裝在標定管上通標氣、零氣，測量值正常，則檢查以下幾項：

（1）吹掃N2異常。吹掃N2流量不夠造成吹掃內棒中過程氣沒有置換完；對于測氧儀表，吹掃N2的純度會影響測量。（2）參數設置：現場測量參數光程、壓力溫度等參數設置是否正常。（3）工藝異常：客戶生產工藝是否改變造成被測氣體濃度確實發生改變。

若將儀表裝在標定管上通標氣、零氣，測量值不準，在排除透過率異常，吸收峰異常等故障情況后，則對儀表重新進行調零標定即可。

3.4.2 透過率異常造成的測量值異常

見圖1。

3.4.3 LGA—4100安裝要求

在被測管道相對方向安裝焊接法蘭，發射單元和接收單元連接到儀表法蘭，吹掃單元主要由減壓閥、穩流裝置組成。在測量CO時，吹掃氣體可以使用壓縮空氣，檢測氧氣含量必須使用氮氣（氮氣含量為99.99%以上，）為吹掃氣體。可以有效的避免吹掃氣體中含氧引起的測量錯誤，從而影響煤氣的正常回收。

3.4.4 煤氣回收條件

漣鋼轉爐煉鋼控制系統采用西門子S7-400 PLC，畫面監控采用西門子WINCC系統，通過接收處理LGA—4100分析儀中心單元輸出的4-20mA模擬信號，制定如下煤氣回收條件：

（1）當一氧化碳含量≥20%，氧氣含量≤1.0%，允許回收。（2）當一氧化碳含量<20%，不允許回收，此時打開放散閥。（3）當氧含量>1%時，也是絕對不允許回收。（4）其他設備的連鎖條件，如風機轉速、風機進出口煙氣溫度、入柜柜前煙氣溫度等關鍵參數。

4 結語

與傳統的分析儀相比，LGA—4100在轉爐煤氣回收系統中使用效果很好，具有操作簡單、維護方便、檢測準確度較高、故障率低等優點，是轉爐煤氣安全可靠、高質量回收轉爐煤氣不可缺少的重要設備。隨著科學技術的不斷進步和提高，半導體激光分析儀設備成本也在不但下降，在使用過程中具有一定的安全性和可靠性，值的應用推廣。