1. 鋼鐵冶金過(guò)程中煙氣在線(xiàn)監測的必要性
1.1 有利于資源再利用，降低企業(yè)成本
一般來(lái)說(shuō)，每生產(chǎn)1t粗鋼約需2.1×107kJ的能量，約能產(chǎn)生4.2×106kJ的高爐煤氣、4.2×106kJ的焦爐煤氣及1.0×104kJ的轉爐煤氣，副產(chǎn)煤氣約占鋼鐵企業(yè)能源總收入的30%-40%。因此，實(shí)現副產(chǎn)煤氣的回收再利用可以極大地降低鋼鐵冶金產(chǎn)業(yè)的成本，實(shí)現資源的有效利用。而煤氣是否有回收的價(jià)值，取決于煤氣中CO等能源氣體的濃度，CO和O2在線(xiàn)監測系統是測量氣體濃度的關(guān)鍵。
1.2 保證生產(chǎn)行為的安全性
高爐和焦爐煤氣中的CO濃度較高，它在空氣中的混合爆炸極限為12.5%～74%，只要濃度達到爆炸極限，遇到明火極容易發(fā)生爆炸。一氧化碳的危害性和爆炸可能性均與其濃度相關(guān)，因此必須采用先進(jìn)的技術(shù)對煤氣中的CO和O2進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。
1.3 環(huán)境保護的需要
目前我國現有20余家年產(chǎn)鋼量400-2000萬(wàn)噸的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其中相當一部分企業(yè)高爐煤氣排放量為10-30萬(wàn)m3/H。按照這樣的排放量來(lái)推理可知冶金企業(yè)可以嚴重影響周?chē)鷶倒锏目諝赓|(zhì)量，造成大氣污染。嚴重的空氣污染不僅危害著(zhù)周?chē)用竦纳眢w健康，同時(shí)惡化了生態(tài)環(huán)境?？傊苯鹌髽I(yè)周邊環(huán)境的質(zhì)量的優(yōu)劣與其排放的CO的濃度關(guān)系密切。
2. 煙氣在線(xiàn)監測技術(shù)現狀
目前在國內煤氣的非分光紅外氣體檢測和電化學(xué)檢測等方法和光譜吸收型激光傳感技術(shù)。其優(yōu)缺點(diǎn)對比如表1：
表1 煙氣在線(xiàn)監測已有技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較
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優(yōu)點(diǎn)
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缺點(diǎn)
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電化學(xué)檢測法
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體積小、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便
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傳感器性能比較穩定，耗電少
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溫度適應性比較寬(有時(shí)可以在-40℃到50℃間工作)
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電解液的壽命有限，一般為1年左右
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可測量范圍窄，在氣體濃度超量程時(shí)探測器容易受到永久性損壞
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容易受到其他氣體的交叉影響
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非分光紅外氣體檢測法
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測量準確
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待測氣體交叉影響小
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受水汽和粉塵影響大，需要預處理，使維護難度和成本上升
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系統反映時(shí)間長(cháng)（通常大于20秒）
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可調諧二極管激光吸收光譜技術(shù)
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待測氣體的吸收光譜具有高分辨率、高選擇性，不受粉塵、水汽和其他氣體的影響
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速度快、靈敏度高、無(wú)需預處理
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價(jià)格相對較高
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3. 鋼鐵冶金行業(yè)安全生產(chǎn)監測系統建設方案
3.1 監測儀器選擇及儀器原理
選取以基于可調諧二極管（TDLAS）激光吸收光譜技術(shù)的激光在線(xiàn)氣體分析儀（圖1）為本方案中所需的監測設備。
圖1 天瑞儀器激光在線(xiàn)氣體分析儀GALAS 6V示意圖
這項技術(shù)的基本原理是Lamber-Beer定律（圖2），氣體吸收激光的強度與其濃度成正比，通過(guò)測量氣體吸收激光強度可計算出氣體濃度。大多數氣體只吸收特定波長(cháng)的光。激光的發(fā)射波長(cháng)隨二極管溫度和電流的變化而改變，激光二極管安裝了半導體制冷器和溫度傳感器使得發(fā)射波長(cháng)穩定。
3.2 監測系統建設組成
根據鋼鐵冶金的過(guò)程以及實(shí)際監測需要，安全生產(chǎn)監測系統建設由3個(gè)部分組成，分別為轉爐煤氣監測、高爐煤氣監測和焦爐煤氣監測。
3.2.1 轉爐煤氣監測
如圖2可見(jiàn)，在回收側盅形閥/分散側盅形閥前布設煙氣在線(xiàn)分析儀，只有當通過(guò)CO在線(xiàn)監測系統測得轉爐煤氣中的CO濃度在30%以上時(shí)，才打開(kāi)氣體切換站的回收側盅形閥進(jìn)入煤氣柜儲存，否則通過(guò)分散側盅形閥通過(guò)放散塔點(diǎn)火燃燒。在煤氣柜前布設煙氣在線(xiàn)分析儀，只有在線(xiàn)監測系統測分析保證煤氣柜內O2含量不會(huì )超標（控制在1%以下）才允許焦煤煤氣進(jìn)入煤氣柜，否則啟動(dòng)停止回收，以保證系統的穩定性和安全性。
圖2 天瑞儀器激光在線(xiàn)氣體分析儀GALAS 6V在轉爐系統中監測點(diǎn)的布設
3.2.2 高爐煤氣監測
如圖3所示，根據工藝生產(chǎn)和安全要求，高爐煤氣監測系統點(diǎn)位布設分為以下幾個(gè)部分：
（1）監測點(diǎn)1：高爐煤氣分析，CO和CO2，控制高爐爐況和回收能源氣；
（2）監測點(diǎn)2：分析熱風(fēng)爐煙氣中O2，監控熱風(fēng)爐燃燒狀態(tài)和優(yōu)化燃燒效率；
（3）監測點(diǎn)3、4：分別為磨機入口和布袋出口，監測O2是否超限，起安全檢測和控制作用；
（4）監測點(diǎn)5：監控煤粉倉內CO是否超限，避免煤粉倉內煤粉自燃。
圖3 天瑞儀器激光在線(xiàn)氣體分析儀GALAS 6V在高爐系統中監測點(diǎn)的布設
3.2.3 焦爐煤氣監測
如圖4所示，根據工藝生產(chǎn)和安全要求，焦爐煤氣監測系統點(diǎn)位布設位于電捕捉器中，分析控制電捕焦油器中的O2，防止煤氣與O2混合達到一定比例爆炸。
圖4 天瑞儀器激光在線(xiàn)氣體分析儀GALAS 6V在焦爐系統中監測點(diǎn)的布設
4. 天瑞儀器激光在線(xiàn)氣體分析儀GALAS 6V系統概述
4.1 性能特點(diǎn)
GALAS 6V系列激光氣體分析儀由于采用了激光半導體二極管吸收光譜（TDLAS）技術(shù)，從根本上解決了采樣預處理帶來(lái)的諸如響應滯后、維護頻繁、易堵易漏、易損件和運行費用高等各種問(wèn)題。
4.2 GALAS 6V系列的主要技術(shù)指標
表2 天瑞儀器激光在線(xiàn)氣體分析儀GALAS 6V測量指標
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測量氣體
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O2
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CO
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H2O
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測量范圍（標準環(huán)境）
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0-100%
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0-2%
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0-20%
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最低的檢測限制
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100ppm-v
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1ppm-v
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5ppm-v
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準確性（包括噪音，線(xiàn)性和重復性）
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±2%/100ppm
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±2%/1ppm
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±2%/10ppm
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分辨率
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100ppm-v
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1ppm
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5ppm
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響應時(shí)間（T90）
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< 2 s
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< 4 s
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< 4 s
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吹掃氣
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0.3~0.8Mpa工業(yè)氮氣
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0.3~0.8Mpa工業(yè)氮氣
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0.3~0.8Mpa工業(yè)氮氣
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待測氣體壓力范圍
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0.8bar~5bar（絕壓）
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0.8bar~2bar（絕壓）
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0.8bar~2bar（絕壓）
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待測氣體的溫度范圍
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<80℃
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取樣速率
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1s
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漂移
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可以忽略（在每個(gè)測量周期小于測量范圍的2%）
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預熱時(shí)間
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通常<1分鐘
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工作溫度范圍
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探桿工作溫度范圍 (在線(xiàn)安裝) ：-20 ~ +55℃ （-4~131oF）
光學(xué)端工作溫度：-40 ~+70 ℃（-40~+158oF）（不結露）
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防護等級
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IP66
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4.3 現場(chǎng)譜圖數據
下圖為寧夏某鋼鐵廠(chǎng)實(shí)際應用GALAS 6V測量CO和O2的工作圖譜：
圖5 氧氣不煉鋼時(shí)譜圖
圖6 一氧化碳煉鋼時(shí)譜圖
圖7 煉鋼歷史數據
