燃燒式熱值分析儀在白灰窯生產工藝中的應用探討

賀建建，劉英飛，劉 真，王大偉

（陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西 神木 719319）

0 引言

由于氣燒石灰窯的煅燒溫度關系到石灰質量，煅燒溫度又與入爐煤氣的熱值直接相關，同時入爐煤氣熱值高、火焰短等因素易造成石灰窯的過燒或生燒現象[1]，所以必須對入爐煤氣的熱值進行分析，以便現場工作人員根據實際工況調節窯內煅燒溫度，提高氣燒石灰窯的生產效率與企業經濟效益。煤氣中貢獻熱值的氣體有CO、CH4、CnHm和H2，所以在實際生產過程中，企業多采用在線煤氣成分及熱值分析儀對入爐煤氣濃度進行實時在線測量，并根據成分濃度計算得出煤氣的熱值[2]。錦源化工1#白灰窯煤氣熱值分析選用德國尤尼CWD2005 一臺分析儀分別測量煤氣熱值，下面就其實際應用展開探討。

1 燃燒式熱值分析儀的實際應用

燃燒式熱值分析儀整套系統取樣過程采用電伴熱干法取樣，粗中細三級過濾（探頭過濾精度5 μm、霧過濾精度1 μm、精密過濾精度0.1 μm），同時采用德國尤尼原裝冷凝器、自然冷卻（霧過濾器），最終使檢測工藝達到進入儀表的樣氣滿足組分不缺失、流量穩定0.5～1 L/min、樣氣露點遠低于室溫、固態雜質小于0.1 μm 以滿足分析儀檢測要求。其具體工藝流程系統見圖1。

1.1 取樣單元

1）取樣單元主要包括取樣探頭（不銹鋼材質）、手動型球閥、過濾腔（電加熱）、反吹單元等幾個組成部分。其中過濾腔的內部配有燭芯式過濾器，過濾器是由特制的陶瓷制作而成，其主要的作用是對被測量的氣體進行取樣、對氣體進行粗過濾，過濾的密度與精度分別為200 目、5 μm，可以過濾掉氣體中98%的粉塵。

2）對探頭濾芯進行更換無需特制、專用工具，操作人員可以在現場獨立完成，不需要拆除取樣的管線，防止外部氣摻入樣氣系統，同時還可以降低取樣探頭的連接處出現漏氣的幾率。

3）應用帶式電加熱器針對取樣探頭和管道開展伴熱，利用加熱器調節過濾腔溫度，可以依據地域、季節變化等將溫度設置在120～200 ℃之間，保障樣氣取樣后的溫度保持在其露點以上，同時也可以防止粉塵、冷凝的水滴等形成凝結物對氣路產生堵塞。

1.2 預處理單元

預處理單元需解決樣氣高溫下清除（微小粉塵、有機結晶物、飽和水汽等）有害雜質連續取樣的難題。待檢測氣體含有粉塵、水汽、焦油、腐蝕性雜質，所以預處理單元應具有降溫、穩壓、穩流、過濾、脫硫、干燥、抗腐蝕等必要功能，并且現場維護周期大于三個月。預處理單元具有以下特點：

1）采用國際先進的壓縮機制冷技術，高效快捷地冷卻樣品氣，使有害成分急劇冷凝，玻璃換熱管，帶高低溫顯示輸出及制冷器故障報警輸出。專利方法迅速冷卻，組分不丟失；

2）采用特殊的汽液分離技術，有效地分離樣品中的冷凝物；

3）全干法流程，取樣系統、取樣管線、各類柜內管線及接頭（與樣氣接觸部分考慮到之前現場強腐蝕特點材質選擇316SS 或PTFE）、抽氣泵等均采用防腐不銹鋼、聚四氟乙烯材料或特殊防腐處理，提高了系統防腐性，保證了系統使用壽命。系統采用了由取樣探頭過濾器（第一級）、霧過濾器（第二級）和精密過濾器（第三級）所組成的三級過濾方式，對粉塵等機械雜質得到了徹底地凈化[3]。第一，冷凝器：適合于高溫環境，以防止氣體溫度降低到露點以下而引起的冷凝。避免因氣體總量的變化而產生誤差，選擇壓縮機制冷器優勢在于制冷量大，降溫速度快、制冷效果受環境溫度影響小。第二，霧過濾器：由一體鋼化玻璃，PVC微孔材料過濾芯組成，其功能為分離冷凝水，進一步過濾從取樣探頭進入的直徑小于5 μm 粉塵，并可除去酸霧，是整個系統的第二級過濾器，過濾精度為1 μm，過濾芯為一次性使用，正常更換周期6 個月，最短不小于3 個月。第三：放散器（FU）。用來收集樣氣、冷凝液，緩沖氣體，排出樣氣，在系統中通常指排液、放空、排氣、反吹分類歸于閥件管接件類。

流量控制儀表：放散多余的樣氣流量，測量范圍：25～250 L/h，配管：Φ8 聚四氟管。

氣路控制閥件：吹掃氮氣手動閥，檢測-標校切換閥，零氣-量程校準氣切換閥，樣品流量調節閥，完成氣量調節。

1.3 正壓保護裝置

ST9100CN 過程氣體分析系統裝有專門的防爆裝置，分析柜應用的是正壓防爆，防爆的等級是ExdeibpxⅡCT6Gb，將壓縮空氣作為保護氣體通進箱體內，實現正壓防爆的效果。另外，系統連鎖控制應用的為隔爆設計，內部設置有信號處理模塊、壓力傳感模塊、信息顯示模塊和電源控制模塊等，能夠對分析柜中的保護性氣體壓力實況開展實時性檢測及控制，保障系統能夠安全應用于危險場所。

1.4 標校單元

由校對開關閥（面板安裝）、8 L 標準樣氣及鋼瓶（第三方鑒定機構出品）、氣瓶減壓閥等組成，完成對分析儀器的定期標定。其他性能：

1）采用借鑒航空技術特制鈦合金孔式取樣過濾器，其優勢為：高強度、2 mm 薄過濾層、良好的透氣性、較強的再生力、較高的過濾效率等，現場維護周期應在3 個月以上，相對較長。

2）應用進口的膜式抽氣泵，具備較高的性能，泵體與氣體接觸之處應用的為防腐性材料，具備的優勢為：防腐蝕性強大、臭氣量較大、耐溫性高、應用壽命長、維護量小等。

3）該裝置的預處理應用的為特殊性設計，凈化方式應用的為分級過濾、粗過濾、細過濾三者結合，經過了長期的實踐，對于高粉塵、高腐蝕、高濕度工況下的維護量大，在線連續運行率低的難題進行了有效解決，延長了系統運行的時間。

4）高性能分析儀器：選用原裝進口德國尤尼熱值儀。具有不怕氣態水分、不怕灰塵、不怕腐蝕、環境溫度變化影響小的特點，而且儀器內沒有活動部件，不怕振動影響，工作穩定，不需要經常校驗，使用壽命長達五年以上。

5）運行費用低，維護量小，長期工作損耗幾乎為零。

2 分析儀應用常見問題及日常維護

2.1 采樣探頭

每日檢查：采樣探頭加熱溫度參數是否正常。每月維護：探頭加熱斷電，待自然冷卻后，抽出探頭過濾器，檢査濾芯清潔度，并用壓縮空氣吹掃清潔，檢査探頭濾芯兩端密封，是否有縫隙。

2.2 采樣管線

每日檢查采樣管線伴熱溫度，溫控儀顯示工作溫度應在120 ℃左右。每月維護：檢查溫控儀，固態繼電器接點，線路接點緊固。

2.3 冷凝器

每日檢查制冷效果是否變差。每月維護：檢查冷凝器冷腔接頭并緊固。

2.4 樣氣管路

每日對管路有無漏氣、接頭松動現象進行檢查。每月維護：用壓縮空氣進行吹掃，檢查樣氣管路無漏氣、接頭進行重新加固。

2.5 抽氣泵

每日檢查抽氣泵是否正常工作，抽氣泵風扇運轉是否正常。每月維護：抽氣泵解體維護，檢查膜片，并用抹布擦拭。

2.6 精細過濾器

每日檢查精細過濾器是否有凝水、顆粒物。每月維護：檢查精細過濾器濾芯清潔度，如有大量雜質顆粒物，進行清潔或更換。

2.7 霧過濾器

每日檢查濾芯是否堵塞。每月更換濾芯。

2.8 其他

對于流量計，應每日檢查其流量應在1 L/min 左右，不小于500 mL/min。每月清理流量計管壁雜物。對于排水管路，應每日檢查排水是否堵塞，每月檢查排水管路通暢。對于電氣按鈕，每日檢查電氣按鈕工作是否正常。

3 結語

高準確度的煤氣熱值有利于正確指導工作人員調節現場工況，保證石灰窯爐的煅燒溫度，既能提高出爐石灰的質量，又可合理使用回收煤氣，真正地實現節能降耗，提高企業經濟效益。