一、煤氣熱值在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵作用與實踐

作為能源消耗高密集型行業(yè)，鋼鐵行業(yè)是制造業(yè)31個門類中碳排放量的大戶，占全國碳排放總量15%左右，是國家“雙碳"政策的重點監(jiān)管對象。2024年5月27日，國家發(fā)展改革委等部門制定了《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳專項行動計劃》，該計劃明確提出：要積極推進副產(chǎn)煤氣利用，推廣燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)等發(fā)電技術(shù)，支持開展軋鋼加熱爐煤氣反吹、轉(zhuǎn)爐底吹二氧化碳煉鋼等應(yīng)用。對于大型鋼鐵企業(yè)來講，要在副產(chǎn)煤氣回收利用上進行優(yōu)化，生產(chǎn)降本增效，煤氣熱值分析無疑是關(guān)鍵一環(huán)。

在鋼鐵行業(yè)，各種爐窯（包括加熱爐、焦?fàn)t、點火爐、氣燒石灰窯等）中都會用到煤氣，通過對煤氣的燃燒來加熱爐窯中的鋼件或礦料。焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣既可單獨作為煤氣氣源也可混合作為煤氣氣源。這些煤氣由于其組成成分及含量差異，具有不同的熱值、華白指數(shù)以及燃燒空氣需要量。熱值反映了煤氣的能量含量，而華白指數(shù)則更關(guān)注煤氣在特定燃燒系統(tǒng)中的互換性和燃燒特性，跟煤氣熱值和比重緊密相關(guān)。此外，控制燃燒空氣需要量能夠最大限度減少通入空氣引起的能量浪費，并且過量的空氣會導(dǎo)致金屬表面氧化，影響產(chǎn)品品質(zhì)。

表1：典型煤氣熱值

為了使這些鋼件或礦料達到預(yù)期的溫度，各生產(chǎn)單位均需制定一套與其特定工況相適應(yīng)的加熱制度。然而，這一加熱制度的執(zhí)行效果在很大程度上依賴于煤氣熱值的穩(wěn)定性。因此，在鋼鐵生產(chǎn)過程中部署先進的煤氣熱值在線監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r且迅速地測定煤氣的熱值、華白指數(shù)、比重以及燃燒空氣指數(shù)等核心參數(shù)。通過這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠指導(dǎo)操作人員精確調(diào)節(jié)各燒嘴及各溫度控制分區(qū)的空燃比、長短火焰控制；大幅提高煤氣燃燒效率和利用率。同時，各燒嘴及分區(qū)的空燃比的精確控制也可降低NOX等污染物的生成量，符合現(xiàn)下節(jié)能減排及環(huán)境保護的實際要求。

應(yīng)用場景

二、“成分分析法"和“燃燒法"分析比較

目前煤氣熱值分析方法分為燃燒法和分析法兩大類。燃燒法，是通過燃燒來測定燃氣熱值，燃氣進人燃燒室燃燒，通過檢測燃燒后氣體的溫度結(jié)合比重單元測得的流量密度，求得華白指數(shù)，最后再計算出熱值。成分分析法，是通過氣體分析儀器先檢測出燃氣中各組分的體積濃度，然后利用這些組分氣體的已知氣體摩爾組成，計算出煤氣熱值、華白指數(shù)、比重等關(guān)鍵參數(shù)。目前鋼鐵行業(yè)常用紅外光譜、半導(dǎo)體激光光譜以及激光拉曼光譜等光學(xué)分析設(shè)備進行煤氣成分分析以及熱值計算。

表2 四種技術(shù)對比

由表2可知，光學(xué)分析法對比燃燒技術(shù)，在樣品預(yù)處理系統(tǒng)、環(huán)境適應(yīng)性、維護工作量等方面具有明顯優(yōu)勢，且能夠同時測量煤氣組分和熱值數(shù)據(jù)，對工藝優(yōu)化指導(dǎo)意義更大。而燃燒法設(shè)備雖然測量結(jié)果與真實值最相符，但是整體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、預(yù)處理系統(tǒng)故障率高，維護工作量大，僅有熱值數(shù)據(jù)對工藝指導(dǎo)意義弱，且本身檢測方式也存在安全生產(chǎn)管理的潛在風(fēng)險。此外，如今市場上成分分析法檢測熱值已經(jīng)是主流技術(shù)：除了尤尼、赫伯等幾家一直做燃燒式熱值儀的廠家外，國內(nèi)外一線分析儀廠家艾默生、梅特勒托利多、ABB、賽默飛、西門子、約克、西克、島津、理研、E+H、Bruker、川儀、聚光、四方、雪迪龍等對于煤氣品質(zhì)的檢測，均是以成分檢測為主，鮮有向燃燒檢測方向發(fā)展。綜合來看，光學(xué)成分分析法可作為煤氣熱值計量的優(yōu)選方法。

三、四方儀器推出光譜法熱值分析解決方案

四方光電（武漢）儀器有限公司（以下簡稱“四方儀器"）憑借其先進的核心氣體傳感器技術(shù)和數(shù)十年工業(yè)過程在線監(jiān)測設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗，四方儀器推出了一套專為鋼鐵行業(yè)設(shè)計的光譜法熱值分析解決方案。該方案采用光學(xué)成分法分析原理，結(jié)合激光拉曼光譜、紅外光譜和半導(dǎo)體激光光譜等多種光學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)了對煤氣成分和熱值的同步監(jiān)測，助力鋼鐵企業(yè)精確控制工藝流程，提升生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)過程的安全性，并為鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)決策提供堅實的數(shù)據(jù)支持和可靠依據(jù)。

解決方案