如何对气烧石灰窑的入炉煤气热值进行准确测量

    因入炉煤气资源丰富，且属于可被循环利用的废气，故煤气是气烧石灰窑的燃料，如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电石尾气（煤气）、发生炉煤气等。由于气烧石灰窑的煅烧温度，关系到石灰质量，煅烧温度又与入炉煤气的热值直接相关，同时入炉煤气热值高、火焰短等因素易造成石灰窑的过烧或生烧现象，所以必须对入炉煤气的热值进行分析，以便现场工作人员根据实际工况调节窑内煅烧温度，提高气烧石灰窑的生产效率与企业经济效益。

煤气分析仪（在线型）Gasboard-3100

    煤气中贡献热值的气体有CO、CH₄、C_nH_m和H₂，所以在实际生产过程中，企业多采用在线煤气成分及热值分析仪对入炉煤气浓度进行实时在线测量，并根据成分浓度计算得出煤气的热值。由四方光电（武汉）仪器有限公司研发推出的煤气分析仪（在线型）Gasboard-3100采用将自主知识产权的红外气体传感器与基于MEMS技术的热导传感器、电化学O₂传感器相结合的方法，以消除气体间的相互干扰和外界因素对测量结果的影响，实现对煤气中CO、CO₂、CH₄、C_nH_m、H₂及O₂多组分的同时测量，并根据组分浓度计算得出准确度高的煤气热值，可替代燃烧法热值仪。

一、CO、O₂、CO₂、CH₄对H₂的干扰校正

    从上表可以看出，煤气主要成分中CO、O₂与背景气N₂的热导系数相当，对H₂的测量结果影响不大，但是CO₂、CH₄对H₂测量影响明显。通过理论分析，如果气体成分中含有CO₂，会使H₂的测量读数偏低；如果气体成分中含有CH₄，会使H₂的测量读数偏高。因此为了得到准确的H₂浓度，需对H₂浓度进行CO₂、CH₄的浓度校正。

    此外，对于检测H₂的热导测量通道，实验证明，煤气成分中CO、O₂对H₂的测量准确性影响不大，主要是CO₂、CH₄的影响。Gasboard-3100可对煤气中的各组分进行分析测量，并将各组分间的相互影响进行浓度校正和补偿，zui大限度的减小煤气中CO、O₂、CO₂、CH₄对H₂的影响，保证H₂浓度测量的准确性。

二、控制流量波动对H₂测量的影响

    由于热导传感器的基本原理是通过对气体流动带走的热量计算进行换算，如果采用直接流通式的热导检测池，很难控制气流，从而影响H₂浓度的准确测量；且目前国内对H₂浓度的分析大都采用双铂丝热敏元件制成的热导元件，体积大，精度低，传感器死区大。Gasboard-3100配置了基于MEMS技术的热导传感器，采用了旁流扩散式的热导检测池，流量在0.3~1.5L/min的范围内波动对热导传感器的测量无影响，可有效减少因流量波动对H₂浓度测量结果的影响。

旁流扩散式的热导检测池

三、C_nH_m浓度测量，保证热值测量准确性

    在煤气成份中，特别是焦炉煤气，除CH₄外，还含有C_nH_m。现市面上大多数红外分析仪仅以CH₄为测量对象，并以此来计算煤气热值。而Gasboard-3100除对CH₄浓度进行测量外，同时还可测量C_nH_m浓度（如C₃H₈），将CH₄与C_nH_m的浓度折合成碳氢化合物的总量，以此计算得出煤气热值，保证入炉煤气热值测量的准确性。

四、C_nH_m与CH₄干扰的浓度修正

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的红外吸收光谱

    根据红外吸收原理，在甲烷特征波长3.3um左右，甲烷与乙烷等碳氢化合物有吸收干扰，从而导致热值测试不准。对此，Gasboard-3100在软件上进行了升级，产品采用abc系数修正算法，预先在软件运算过程中插入C_nH_m与CH₄的浓度修正系数，修正C_nH_m与CH₄的相互干扰，确保测量结果的准确性。

五、单光源、双光束减小零点与量程漂移

    为减少因为光源不稳定以及电子元器件老化造成的零点和量程漂移，Gasboard-3100内置了自动调零装置，可实现对仪器零点的自动标定，以减小零点漂移，相应减小量程漂移。同时，Gasboard-3100基于NDIR气体分析技术，采用单光源双光束法对煤气中不同波长的组分进行测量。光源经过两个不同波长的滤光片，进行滤光处理，得到两个不同波长的信号：检测信号与参考信号。检测信号与参考信号的强度之比与光源强度的波动及电子元器件的老化等因素无关，这样就zui大限度的减小了光源不稳定及电子元器件老化造成的零点、量程漂移，从而保障了仪器测量的准确性与稳定性。

单光源、双光束技术原理图

    高准确度的煤气热值有利于正确指导工作人员调节现场工况，保证石灰窑炉的煅烧温度，既能提高出炉石灰的质量，又可合理使用回收煤气，真正地实现节能降耗，提高企业经济效益。作为武汉四方光电旗下的全资子公司，锐意自控始终秉承“把握关键技术，实现产业创新”的发展理念，以自主知识产权的传感器核心技术为依托，致力于煤气分析仪器的研发创新、生产及销售，为我国煤气能源的利用提供更加合理、有效的行业解决方案。

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