焦?fàn)t煤氣添加天然氣后CO分析儀的改進

馮國昌，賈 騰

（河北鋼鐵集團邯鋼公司，河北 邯鄲056015）

河北鋼鐵集團邯鋼公司（以下簡稱邯鋼）冷軋廠1號熱鍍鋅生產(chǎn)線采用改良森基米爾法生產(chǎn)工藝，其燃燒介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣，其明火段為主要加熱段，但明火段對于燃燒介質(zhì)要求嚴格，特別是燃燒介質(zhì)與空氣通入量的配比要求嚴格，如空氣量過剩，將導(dǎo)致帶鋼深度氧化，到后面還原段不能完成還原，將導(dǎo)致鋅層黏附力降低，出現(xiàn)T彎脫落質(zhì)量缺陷，如一味提高燃燒介質(zhì)配比，不僅造成能源的浪費，同時也將導(dǎo)致爐內(nèi)出現(xiàn)碳的析出，同樣出現(xiàn)鋅層黏附力降低質(zhì)量缺陷，同時還可能導(dǎo)致廢氣排放中的CO含量增加，造成環(huán)境污染。由于環(huán)保壓力，焦化廠難以保證供應(yīng)的焦?fàn)t煤氣熱值的穩(wěn)定，當(dāng)熱值低于3800MJ/m3時，將直接導(dǎo)致熱鍍鋅生產(chǎn)線不能正常生產(chǎn)。為維持熱鍍鋅生產(chǎn)線生產(chǎn)，提出焦?fàn)t煤氣中添加適量天然氣成分，以保證煤氣熱值維持熱鍍鋅生產(chǎn)的解決思路。由于天然氣主要成分為甲烷，與焦?fàn)t煤氣相比燃燒后產(chǎn)生的水蒸氣量大，造成CO分析儀不能正常工作，不能正常反映爐內(nèi)氣氛，進而造成鍍鋅板脫鋅質(zhì)量缺陷。為了提高熱鍍鋅板質(zhì)量，減少資源浪費，自主設(shè)計了一套取樣管路冷卻排水系統(tǒng)，保證了CO分析儀測量的準(zhǔn)確性。1問題的分析和解決

1.1 問題原因分析

焦?fàn)t煤氣添加天然氣后，在試生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)CO分析儀出現(xiàn)不能正常測量爐內(nèi)氣氛現(xiàn)象，經(jīng)認真檢查，發(fā)現(xiàn)過程氣的取樣管內(nèi)有水，導(dǎo)致過程氣不能進入CO分析儀，無法實現(xiàn)CO的測量，嚴重時CO分析儀表內(nèi)進水，還將導(dǎo)致CO分析儀使用壽命降低。分析表明，添加的天然氣主要成分為甲烷，燃燒后較焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生更多的水蒸氣，水蒸氣隨過程氣到取樣管，由于爐內(nèi)氣溫高而取樣管遠離加熱爐后隨氣溫降低水蒸氣凝結(jié)為水析出，堵塞取樣管或進入CO分析儀內(nèi)部，造成測量不準(zhǔn)確現(xiàn)象。

針對上述實際情況，自主設(shè)計了一套冷卻排水系統(tǒng)，加裝到取樣管路上，將水蒸氣凝結(jié)匯集后排出。為防止個別管路出現(xiàn)故障，設(shè)計修改分析儀控制程序，修改后可單獨掃描任何一路管路，掃描時間可隨意設(shè)定，完善遠程控制界面，增加取樣泵遠程啟停和分析儀遠程啟停功能，保證了測量的準(zhǔn)確性。

1.2 技術(shù)方案的制定及實施

1.2.1 增加冷凝裝置

首先在分析儀柜外的取樣管上加裝伴熱帶，設(shè)定溫度大于150℃，使水蒸氣在到儀表柜前不能凝結(jié)，在儀表柜內(nèi)增加冷凝器，下面增加導(dǎo)液管，將凝結(jié)的水匯聚后排出，新增的取樣管水蒸氣冷凝裝置見圖1。增加冷凝裝置后，CO分析儀實現(xiàn)正常檢測，操作人員可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)來調(diào)整空燃比，從而保證加熱效果和爐內(nèi)還原氣氛以及燃燒介質(zhì)的充分利用。

圖1 取樣管水蒸氣冷凝裝置

1.2.2設(shè)計完成冷凝水自動排水裝置

圖2 所示是CO分析儀自動排水裝置，包括均為不銹鋼材質(zhì)的排水筒1、6根排水管2、1根排污管3和蓋設(shè)于排水筒1上的蓋體8；6根排水管2的上端連接氣體分析儀過濾器4下部的6個排水孔，下端穿過蓋體8并與蓋體8焊接固定，固定后排水管2的下端位于排水筒1內(nèi)的水面以下且高于排水筒1的底面，可有效避免排水筒1底部的沉泥堵塞排水管2；位于排水筒內(nèi)的水面以下；排污管3的一端沿排水筒1高度1/2以下的排水筒側(cè)壁伸入排水筒1內(nèi)，另一端與排污總管道5連接；排水筒1的外側(cè)壁安裝有玻璃液位計6，用于觀察排水筒1內(nèi)部液位的高度；每根排水管2上都安裝有1個控制閥門7。

圖2 CO分析儀自動排水裝置

CO分析儀正常工作時打開氣體分析儀過濾器4下部的排水孔和排水管2上的控制閥門7，當(dāng)氣體分析儀取樣氣體中水蒸氣含量增多時，冷凝水通過排水孔、排水管2進入排水筒1中，由于排水管2下端位于排水筒1內(nèi)水面以下，形成良好的水封，防止倒吸空氣影響氣體分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保證氣體分析儀分析系統(tǒng)管路的密閉性；該裝置安裝有液位計6及排污管3，液位計6方便液位的觀察，污水達到指定液位后自動通過排污管3排入排污總管道5，從而實現(xiàn)進出水的動態(tài)平衡，達到自動排水的目的。排水管下端位于排水筒內(nèi)的水面以下且高于排水筒底面，可有效避免排水筒底部沉泥堵塞排水管；排水管穿過蓋體并與蓋體焊接固定，目的為密閉排水筒，防止塵土進入排水筒內(nèi)部。當(dāng)需要清洗排水筒時，可關(guān)閉控制閥門，在不影響氣體分析儀管道密閉性的情況下，對排水筒內(nèi)部沉泥進行清理，保持排水裝置的良好暢通。自主設(shè)計自動排水裝置能夠自動排出氣體分析儀過濾器內(nèi)部的多余水分，避免發(fā)生氣體分析儀過濾器堵塞或水蒸氣進入檢測主回路情況，排水過程不影響管路的密閉環(huán)境以及管內(nèi)氣體成分，保證退火爐內(nèi)氣體檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和鍍鋅生產(chǎn)秩序。

1.2.3 完善控制程序

完善控制程序，修改操作界面，使分析儀更適合本生產(chǎn)線，自主開發(fā)掃描時間設(shè)定、分析儀各路是否掃描選擇、取樣泵啟停、分析儀啟停等程序，實現(xiàn)掃描時間可任意設(shè)定，各路是否掃描可任意選擇，遠程實現(xiàn)分析儀、取樣泵啟停等功能，具體見圖3。

圖3 CO分析儀操作界面

2 應(yīng)用效果

改進后操作人員可精準(zhǔn)掌握爐內(nèi)各區(qū)廢氣中CO含量，從而準(zhǔn)確調(diào)整空燃比，即不會出現(xiàn)因氧化氣氛出現(xiàn)的脫鋅，也避免了空燃比過低導(dǎo)致的煤氣浪費。對比改進前后可知，改進前后空燃比設(shè)定值相同均為0.8，但改進前實際值為0.6左右，改進后實際值為0.8左右。

3 結(jié)論

1）在煤氣熱值不能達到生產(chǎn)要求時，為保證生產(chǎn)可添加一定比例的天然氣提高熱值。

2）天然氣含量提高后，CH4燃燒后會產(chǎn)生更多的水蒸氣，水蒸氣對于CO分析儀的測量有較大影響。

3）加裝水蒸氣冷凝和自動排水裝置，從而保證了CO分析儀的準(zhǔn)確測量。

4）實現(xiàn)CO分析儀準(zhǔn)確測量后可減少能源消耗，降低CO的排放量，減少環(huán)境污染。