煤气分析仪在高炉生产中的应用*

刘月琴

(宝钢集团八一钢铁股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022)

煤气分析仪在高炉生产中的应用*

刘月琴

(宝钢集团八一钢铁股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022)

在高炉顶压调节系统煤气管道上安装煤气分析仪，通过煤气分析仪获取高炉内产生气体的相关数据及趋势。分析高炉冶炼过程中炉内湿度、温度、压力和物料的变化对煤气分析仪的影响，提出了最佳测量时段和标准炉况概念;然后将高炉冶炼的特征和煤气分析仪分析的结果相结合，阐述了煤气分析仪的特征以及对环境因素变化所造成的测量误差进行了分析;最后就如何正确认识煤气分析仪在高炉煤气检测中的意义和作用提出了自己的观点。

高炉;煤气分析仪;煤气;炉况

高炉生产过程中对高炉煤气成分的监视、检测和控制对提高冶炼产量、降低消耗、提高铁水质量及安全生产起着十分重要的作用。煤气分析仪是检测高炉煤气成分的重要仪器。2008年10月～2010年5月，对在宝钢集团八钢公司新区A#高炉煤气分析仪数据进行了分析，我们就如何提高煤气分析仪在高炉检测过程中的正确性以及存在的误差进行了研究。

1 炉况分析

在高炉冶炼过程中，随着炉壁渣皮增厚，热负荷减小，炉顶气流逐渐减弱，炉顶气温同时降低，顶压也同时降低，煤气利用率同时降低;随着冶炼的进行，炉壁渣皮脱落，热负荷增加，炉顶气流增强，炉顶气温也同时提高，顶压也同时提高，煤气利用率同时提高;炉壁渣皮的脱落在周而复始地循环进行，顶压、煤气利用率随高炉冶炼的进程时刻发生变化。

2 煤气分析仪的基本原理及组成结构

煤气分析仪采用的是色谱分析原理，色谱法是一种物理的分析方法，它利用混合物中各组分在不同两相间分配系数的差异，而使混合物得到分离。当两相作相对运动时，分配系数大的组分不容易被流动相带走，因而它在固定相中滞留时间长，而分配系数小的组分则滞留时间短。经过一定时间后，各组分得以分离。气相色谱分析的基本原理见图1。

气相色谱仪主要由取样和预处理装置、检测器、信号放大电路、显示记录及数据处理部件、控制器5部分组成。分析气经过取样和预处理装置除去污物和水分获得干净、干燥的气体，在载气的携带下进入检测器，检测器通过某种原理使其转换成微弱的电信号，然后再经信号放大电路处理后进行数据处理，最后送显示记录器。气相色谱仪的基本组成见图2。

图2 气相色谱仪的基本组成Fig.2 The basic composition of gas chromatograph

3 检测器和恒温槽

3.1 检测器

检测器是一种换能装置，它是色谱仪的一个重要部件。检测器的作用是把由色谱柱流出的载气中样品组分含量的变化，通过某种原理使其转换成电信号，以便能自动记录。在高炉煤气分析仪中使用的是热导式检测器，该检测器属于微分浓度型检测器，其输出信号与已分离组分在载气中的浓度成比例，色谱峰上的每一点都对应于该瞬间组分在载气中的浓度。

热导式检测器 (TCD)具有线性范围宽，对有机物和无机物都有响应，对样品没有破坏作用，且结构简单，价格低廉，维护方便等特点。任何物质都具有导热的性能，不同的物质热导率不同，其导热的能力也不一样。热导率大，其导热就快，热导率小，其导热就慢。气体的热导率最小，不同的气体热导率不同，而且还随温度、压力的变化而变化。被分析的混合气体，被色谱柱分离成一个个单一组分后，随载气依次进入热导式检测器中的热导池。由于各组分的热导率和浓度不同，它们各自导出的热量就不同，将这些热量的变化转变成电阻值的变化，再转变成电量的变化，并把它测量出来。

热导池由热丝、池槽和池体三部分组成。热导池体由不锈钢、铜、铝合金制成，多为圆柱形。尺寸大小没有一定的规定，池体大，热容大，稳定性就好。池体内有四个孔，分别放有一个热敏元件，组成四个桥臂，连接成惠斯登电桥。热导式检测器的主要噪声来自于热噪声，而热噪声主要是由于四个池室的壁温及四个热丝温度的不同或变化不一致引起的，因此必须将四个池室装在一块池体内。为了进一步消除热噪声，热导池还必须恒温，即置于恒温槽内。为了防止样品和固定液流失玷污检测器，要求池体温度和柱温接近，或略高一些。

热丝是构成热导池检测器的关键元件。为了提高灵敏度，要求电阻丝具有较大的温度系数和冷态电阻值，并且具有阻值稳定，耐腐蚀，不与被测气体起化学反应，寿命长，加工容易等特点，目前普遍采用铂丝。

3.2 恒温槽

热导式检测器的色谱柱、热导池都要在一定的温度下工作才会达到最好的效果，而且这个温度最好恒定不变，或允许变化很小。对热导池检测器，温度控制非常重要，为保证零点稳定度，需要把温度变化控制在0.01℃之内，这就必须用恒温槽的办法来控制温度。目前该设备采用的是热风循环式恒温槽，其优点是升温快，惯性小，对环境温度的变化不敏感。它的缺点是制造复杂，维护麻烦，受到干扰时温度容易超调。

4 煤气分析仪操作条件的设定

色谱柱分离效率的好坏，操作条件是比较突出的。操作条件主要是色谱柱的工作温度、载气压力、载气流速、载气性质等。同一个样品，如果操作条件不同，分析的结果差异是比较大的。根据生产状况进行调试，以下为最佳操作条件参数。

色谱柱工作温度设定:65℃;

载气 (氩气)压力:高压≥15 MPa，低压≥0.25 MPa;

载气 (氩气)性质:纯度≥99.9%;

样气进气流量:7～8 μL/min;

采样时间设定:117 s;

样气压力:≥30 kPa;

氮气压力:0.2～0.5 MPa;

样气旁通排放流量:保证进气流量、压力满足条件且使进气量稳定为宜。

5 样气 (即煤气)排放管路对检测值的影响

煤气分析仪的主要设备有一级预处理柜、二级预处理柜和主机。一级预处理柜的主要功能是探头及管路反吹，;二级预处理柜的功能是样气的过滤及冷却;主机的功能是样气的检测及分析。一级预处理柜有一路样气排放管路，样气压力一般为0.2 MPa左右，而主机分析检测只需不低于30 kPa的压力，因此多余的样气主要经一级预处理排出，生产过程中发现若一级预处理柜的排放管路堵塞，取样探头及取样管路会频繁集结水垢而堵塞，不易疏通且影响生产。二级预处理柜有两路样气排放管路，样气经除湿器后部分进入电子制冷器部分排放;经电子制冷器的样气部分进入主机部分排放。二级预处理柜的排放管路若不通畅，导致的结果是进入主机的样气气流不稳定，反应滞后，使检测结果不能及时准确地反映炉况。主机有两路排放管路，一路是主机采样时多余的气体经旁通排放;一路是主机分析完毕后气体的排放。旁通排放不及时，会造成检测值偏高，第二路排放不及时，会造成检测值曲线平稳成一条直线，这两种情况都使检测值不能真实地反应炉况。初期安装时排气管路采用直径φ6的不锈钢管，效果不好，后来改造为φ12的铜管并对管路做了保温伴热，效果非常好，煤气分析仪的故障率大大下降。

6 煤气分析仪室内环境温度对检测值的影响

煤气分析仪工作的环境温度要求为0～50℃，温度在0℃以下，煤气分析仪无法正常工作，因此冬季尤其要做好室内的保温工作。根据长期运行经验总结出该设备在温度为30～40℃环境范围内运行最佳，如果有条件室内最好安装空调保持室内温度恒定。温度保持在稍高一点的环境下，一方面室内设备管路不易积水堵塞，从而维护人员的工作量以及设备的故障率都大大降低;另一方面瓶装载气的使用时间延长，能帮助企业节能降耗。温度维持恒定，仪器检测到各组分峰值的时间才能恒定，设备才能运行平稳。峰值出现的时间与检测时间的设定如表1(当室内温度变化较大时数值适当调整)。

表1 峰值出现时间与门开关时间设定Tab.1 Time setting for the peak and the gate

7 结语

为了使煤气分析仪在高炉特殊环境下取得较好的检测效果，首先应选定一个相对稳定的工作状态作为标准炉况，根据标准炉况来设定煤气分析仪的各相参数，然后在误差范围内确定一个有效的检测时段，在这个时段内煤气分析仪的测量结果有效，误差可控。从上述分析结果看，测量误差主要由环境温度、样气的压力、样气采样流量、样气排放流量和载气的压力造成。

煤气分析仪具有检测方便、检测精度和灵敏度高等优点，将其用于炉况监视，可弥补操作人员无法直观地了解和掌握炉内气流及设备运行情况的缺陷，从而提升炼铁生产的监控技术和对高炉生产的掌控能力，所以应正确认识煤气分析仪在高炉煤气检测中的作用和意义。

［1］江光灵．在线分析仪表 ［M］.北京:化学工业出版社，2006.

The Application of Gas Analyzer in Blast Furnace Operation

LIU Yue－qin
(Baosteel Group，Xinjiang Bayi Iron ＆ Steel Co．，Ltd．，Urumchi，Xinjiang 830022，China)

The gas analyzer shall be installed on the gas pipe of blast furnace’s top pressure control system，through the gas analyzer we can get the relative data and trends of the gases generated inside the blast furnace．The effect of humidity，temperature，pressure and the variation of material inside the furnace on gas analyzer during blast furnace smelting procedure is analyzed in this paper，and the optimum measurement period and standard furnaces condition concept is proposed too;then the analysis features of gas analyzer were stated，and the measurement errors caused by environment variation were analyzed too according to the features of blast furnace smelting and the analysis results from gas analyzer;at last，the writers presents theirs views on how to correctly understand the significance and function in blast furnace gas detection．

blast furnace;gas analyzer;gas;furnace condition

O657.7

A

1006－0308(2011)06－0062－03

2010－10－18

刘月琴 (1972－)，女，电气工程师，现从事电气仪表专业。