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煤氣熱值分析系統(tǒng)

一、概述

  本系統(tǒng)是根據(jù)焦?fàn)t煤氣項(xiàng)目煤氣熱值分析工況條件專業(yè)針對(duì)性設(shè)計(jì)的，在采用西安聚能儀器有限公司成熟的預(yù)處理技術(shù)和分析控制技術(shù)基礎(chǔ)上而進(jìn)行模塊化針對(duì)性設(shè)計(jì)的，具有國(guó)際領(lǐng)先水平。

  本過(guò)程氣體分析成套系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）是焦?fàn)t煤氣項(xiàng)目煤氣熱值在線監(jiān)測(cè)包括分析CO、H2、CH4分析儀器（熱值）、與預(yù)處理裝置及其附屬的應(yīng)用保障部分（標(biāo)準(zhǔn)氣）；通過(guò)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件。工藝氣樣條件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的正確匹配與合理組合，使CO、H2、CH4分析儀器（熱值）能很好適應(yīng)焦?fàn)t煤氣項(xiàng)目煤氣熱值分析的特殊工藝條件。系統(tǒng)能自動(dòng)、連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠地分析煤氣中的CO、H2、CH4含量。熱值采用**Kcal/Nm3顯示，系統(tǒng)正常運(yùn)行期間能同時(shí)提供CO、H2、CH4和熱值的4～20mA四組標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)；并根據(jù)測(cè)量組份的含量值輸出超限報(bào)警狀態(tài)信號(hào)。該系統(tǒng)的分析儀器為傳感器核心為原裝進(jìn)口。系統(tǒng)技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、部件性能可靠、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)量小、是焦?fàn)t煤氣熱值監(jiān)測(cè)的理想設(shè)備。

  本系統(tǒng)主要由取樣單元（氣源凈化單元）、輸氣單元、預(yù)處理單元、分析單元、控制單元、標(biāo)定單元組成�？蓱�(yīng)用于焦?fàn)t煤氣熱值的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)具有安全可靠、取樣真實(shí)、響應(yīng)快、分析精度高、配置和選型等諸多特色，系統(tǒng)不僅考慮了適應(yīng)危險(xiǎn)環(huán)境場(chǎng)所問(wèn)題，也考慮了避免系統(tǒng)內(nèi)部的不安全因素的產(chǎn)生。因此是國(guó)內(nèi)最為完善的煤氣熱值分析系統(tǒng)。

  1.1熱值計(jì)算方法

  焦?fàn)t煤氣是在密閉的焦?fàn)t內(nèi)提煉焦炭反應(yīng)生成的氣體，是一種高熱值的氣體燃料，主要成份包括CO、H2、CH4等，經(jīng)加壓后輸送給各加熱爐以提高綜合利用效率.

  焦?fàn)t煤氣熱值計(jì)算的分析系統(tǒng)（如圖1）是由取樣探頭（取樣單元）、吹掃單元、取樣預(yù)處理單元、流量調(diào)節(jié)單元、氣路切換單元、氣體分析儀器、PLC程序控制單元、模擬量輸入輸出單元、顯示單元、標(biāo)氣單元等部份組成，能夠連續(xù)測(cè)量被測(cè)氣體組份體積百分濃度，計(jì)算出焦?fàn)t煤氣熱值的分析系統(tǒng)。

  分析系統(tǒng)通過(guò)取樣探頭把焦?fàn)t煤氣從工藝管道中抽取出來(lái)，經(jīng)過(guò)探頭三級(jí)過(guò)濾、預(yù)處理增壓、稀釋、穩(wěn)壓、冷凝除濕、精細(xì)過(guò)濾獲得能夠滿足氣體分析儀器要求的干燥干凈的樣氣，通過(guò)流量調(diào)節(jié)進(jìn)入熱值氣體分析儀器測(cè)出焦?fàn)t煤氣中CO、H2、CH4組份的體積比（百分含量），系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程都通過(guò)可編程控制器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，各組份體積比（百分含量）對(duì)應(yīng)的4～20mA電流信號(hào)接入PLC模擬量輸入輸出模塊，由于CO、H2、CH4的各個(gè)組份具有不同的熱值，根據(jù)組份體積比（百分含量）與對(duì)應(yīng)的單一組份熱值之間存在的關(guān)系，通過(guò)搭建數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)公式運(yùn)算即可獲得焦?fàn)t煤氣的熱值。熱值的計(jì)算過(guò)程通過(guò)可編程控制器（PLC）軟件編程實(shí)現(xiàn)。各個(gè)組份的體積比（百分含量）對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)通過(guò)可編程控制器（PLC）從PLC模擬量輸入輸出模塊不斷讀取，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到在線焦?fàn)t煤氣的熱值，熱值量對(duì)應(yīng)的模擬4～20mA電流信號(hào)通過(guò)PLC模擬量輸入輸出模塊傳送到CCR系統(tǒng)中，同時(shí)通過(guò)液晶顯示屏可直觀地監(jiān)測(cè)到各個(gè)組份體積比（百分含量）值及熱值量（Kcal/NM3）。實(shí)踐證明，使用氣體組份體積比（百分含量）計(jì)算熱值所得到的結(jié)果與直接燃燒法熱值儀測(cè)量出的結(jié)果趨勢(shì)基本一致，但計(jì)算熱值要比熱值儀的測(cè)量輸出對(duì)過(guò)程變化的響應(yīng)要快很多，熱值儀輸出值的滯后時(shí)間約6分鐘左右，計(jì)算熱值幾乎沒(méi)有滯后時(shí)間。

  2.3實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱值計(jì)算的步驟

  2.3.1焦?fàn)t煤氣熱值計(jì)算數(shù)學(xué)模型的搭建

  分析系統(tǒng)通過(guò)紅外線和熱導(dǎo)氣體分析儀器可測(cè)得焦?fàn)t煤氣中各組份的體積比（百分濃度）值，根據(jù)組份體積比（百分濃度）與對(duì)應(yīng)的單一組份熱值之間存在的關(guān)系，首先搭建數(shù)學(xué)模型，獲得數(shù)學(xué)公式，然后通過(guò)數(shù)學(xué)公式運(yùn)算即可獲得焦?fàn)t煤氣的熱值。

  2.3.2使用可編程控制器（PLC）計(jì)算熱值并輸出

  熱值數(shù)學(xué)公式通過(guò)可編程控制器（PLC）軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能。

  （1）組份含量對(duì)應(yīng)的4-20mA電流轉(zhuǎn)換為實(shí)際值PLC可編程控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值低3位和位為0，右移3位后，0-20mA的電流對(duì)應(yīng)0-4096的數(shù)字，因此，4-20mA對(duì)應(yīng)819-4096。假設(shè)實(shí)際值的零點(diǎn)為ZERO，量程點(diǎn)為SPAN，實(shí)際的模數(shù)轉(zhuǎn)換值為COUNT。

  實(shí)際值=（SPAN-ZERO）x（COUNT-819）/4096-819

  （2）實(shí)際值轉(zhuǎn)換為4-20mA電流，PLC可編程控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換需要的數(shù)字量在數(shù)字的第4-14位，其它位為0，因此，分辯率為11位，模擬輸出的范圍為0—32000，即2進(jìn)制的0—0000 01111101 0000 0000。右移4位后為0-2000，因此，可以認(rèn)為0-20mA的電流輸出與0-2000對(duì)應(yīng)，4-20mA與400-2000對(duì)應(yīng)。假設(shè)實(shí)際值的零點(diǎn)為ZERO，量程點(diǎn)為SPAN，實(shí)際值為VALUE。式中將VALUE擴(kuò)大100倍是因?yàn)樵赑LC中的計(jì)算為整數(shù)計(jì)算，為提高計(jì)算精度！

  {(2000?400)×(VALUE×100)/(SPAN?ZERO)×100}+400

  2.3.3焦?fàn)t煤氣組份體積比（百分濃度）及熱值（Kcal/NM3）的顯示，通過(guò)可編程序控制器（PLC）的編程，把焦?fàn)t煤氣的組份體積百分濃度和熱值量在文本顯示器上顯示，以使用戶更直觀地監(jiān)測(cè)到焦?fàn)t煤氣中各組份的體積百分渡度值和熱值量，更好的控制焦?fàn)t煤氣的燃燒狀況。

  2.3.4焦?fàn)t煤氣熱值計(jì)算的分析系統(tǒng)已在諸多大型冶金企業(yè)投入使用多套，實(shí)踐證明，本系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短、操作方便，直觀，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，根據(jù)組份體積濃度計(jì)算熱值的方法得到廣。

  

三、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)

  3.5系統(tǒng)主要特點(diǎn)

  3.51過(guò)濾原理創(chuàng)新，根本解決焦油堵塞問(wèn)題。

  3.5.2采用自主創(chuàng)新專利技術(shù)取樣探頭，反吹清灰、焦油等，解決雜質(zhì)板結(jié)問(wèn)題。

  3.5.3系統(tǒng)具有在線取樣分析功能，響應(yīng)速度快，確保連續(xù)在線分析。

  3.5.4系統(tǒng)為全干法過(guò)濾，取樣不失真，分析準(zhǔn)確。

  3.5.5真正完全無(wú)人管理的全自動(dòng)化系統(tǒng)。

  3.5.6熱值直觀顯示，時(shí)時(shí)觀察熱值變化。

  3.5.7采用觸摸屏界面程序控制，可以通過(guò)觸摸屏隨意隨時(shí)修改PLC程序內(nèi)的各個(gè)參數(shù)。

  3.6系統(tǒng)安裝技術(shù)要求

  3.6.1為保證系統(tǒng)能實(shí)時(shí)反映工況、減少滯后、保證安全。取樣點(diǎn)與分析柜之間距離應(yīng)盡可能短，一般不超過(guò)20米。

  3.6.2分析柜采用外形尺寸：?jiǎn)吸c(diǎn)2000×800×600。前、后開門，進(jìn)出管線在分析柜的后面和下面。請(qǐng)留有空間。

  3.6.3.分析房要求：分析房面積推薦大于3500×4000mm2。房?jī)?nèi)溫度在＋5～45℃范圍內(nèi)。

  3.6.4.室外溫度低于0℃時(shí)，室外排水管應(yīng)有保溫防凍措施。

  

四、系統(tǒng)組成及作用

  TR-9200型熱值分析成套系統(tǒng)是應(yīng)用于焦?fàn)t煤氣項(xiàng)目煤氣熱值分析的專用在線分析系統(tǒng)，榮獲“新產(chǎn)品”稱號(hào)。該系統(tǒng)技術(shù)，測(cè)量準(zhǔn)確，反應(yīng)速度快，能長(zhǎng)期連續(xù)分析被測(cè)氣體，采用PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行安全可靠，自動(dòng)化程度高，維護(hù)量少，自診斷保護(hù)功能強(qiáng)的特點(diǎn)。

  5.1分析儀器：

  TR-9200成套系統(tǒng)所用分析儀器為西安聚能儀器有限公司引進(jìn)進(jìn)口傳感器技術(shù)制造的氣體分析儀，該儀器測(cè)量，性能可靠，性價(jià)比高。

  分析儀表單元采用西安聚能儀器有限公司的JNYQ系列型分析儀，完成樣氣CH4、CO、H2在線連續(xù)分析。分析儀的傳感器為引進(jìn)國(guó)外公司的技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠，響應(yīng)時(shí)間快，智能化程度高。

  分析參數(shù)：一氧化碳、甲烷、氫氣（熱值）

  5.1.1 JNYQ-I-91型多組份（含紅外線）分析儀，能連續(xù)檢測(cè)流程氣樣中待測(cè)組份一氧化碳和甲烷的體積濃度。采用進(jìn)口光源和檢測(cè)器的傳感器技術(shù)，極大的提高了儀器的穩(wěn)定性。

  儀器特點(diǎn)

  一氧化碳和甲烷采用不分光紅外分析原理:

  高穩(wěn)定性紅外光源：光源燈絲采用特殊鎧裝工藝，延長(zhǎng)了使用壽命:

  單氣室結(jié)構(gòu)接收器，電容式精密傳感器檢測(cè)輸出，儀器穩(wěn)定性好:

  測(cè)量氣室鍍金耐腐蝕，獨(dú)特的洐磨工藝，內(nèi)壁達(dá)到鏡面光潔度:

  儀器部件單元化,維護(hù)、檢修方便:

  報(bào)警輸出（上、下限極值報(bào)警）:

  標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)隔離輸出4—20mA

  主要技術(shù)性能

  零點(diǎn)漂移：≤±1%FS/7d

  量程漂移：≤±1%FS/7d

  測(cè)量范圍：CO：0～10%；CH4：0～30%

  重復(fù)性誤差：Cv≤0.5%

  線性誤差：≤±1%FS

  預(yù)熱時(shí)間：30min

  響應(yīng)時(shí)間：≤5s

  輸出信號(hào)：4～20mA≤750Ω

  5.1.2 JNYQ-I-91型多組份（含熱導(dǎo)氫）分析儀采用不同氣體的熱導(dǎo)率不同的物理測(cè)量方法連續(xù)測(cè)量的工業(yè)固定式現(xiàn)場(chǎng)安裝儀器，能連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)流程氣樣中待測(cè)組份氫氣的體積濃度。

  儀器特點(diǎn)

  獨(dú)特的傳感器設(shè)計(jì)，恒溫控制，響應(yīng)快，線性好，穩(wěn)定性高

  薄膜按鍵操作（零點(diǎn)、滿度、線性校準(zhǔn)、參數(shù)設(shè)置等），操作靈活方便

  故障自診斷功能

  儀器部件單元化，維護(hù)、檢修方便

  報(bào)警輸出（上、下限極值報(bào)警）

  標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)隔離輸出4—20mA

  鑄鋁合金機(jī)箱

  部件單元化，維護(hù)、檢修方便

  主要技術(shù)性能

  零點(diǎn)漂移：≤±1%FS/7d

  量程漂移：≤±1%FS/7d

  測(cè)量范圍：H2：0～60%

  線性誤差：≤±1%FS

  重復(fù)性誤差：Cv≤±1%

  輸出波動(dòng)：≤±1%FS

  ●預(yù)熱時(shí)間：30min

  響應(yīng)時(shí)間：T90≤12s

  輸出信號(hào)：4～20mA≤750Ω