在线焦炉煤气分析系统助力静电除尘工艺安全管理

    焦炉煤气在进入静电除尘设备之前,需要分析焦炉煤气含氧量,因为静电除尘设备中的焦炉煤气含氧量达到一定程度时会引发爆炸事故,从而损坏设备和造成人身伤害,所以对焦炉煤气中的含氧量分析及监控极为重要。笔者将就在线煤气分析系统在静电除尘工艺中的应用进行探讨。

1.煤气静电除尘技术

    煤气除尘技术在我国已经较为成熟，其方法也多样，本文主要探讨的是煤气静电除尘。

    其工艺原理为：含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。

    根据目前国内常见的静电除尘器型式可概略地分为以下几类：按气流方向分为立式和卧式，按沉淀极极型式分为板式和管式，按沉淀极板上粉尘的清除方法分为干式湿式等。

    静电除尘广泛应用于冶金、矿山、化工、制药、发电、冶炼等行业，如以煤为燃料的工厂、电站，收集烟气中的煤灰和粉尘；冶金中用于收集锡、锌、铅、铝等的氧化物。

2.静电除尘器泄爆

    静电除尘技术尽管具有净化效率高、环保的优势，但由于系统控制要求较高，国内外企业在应用过程中也出现过各种问题，其中尤为频繁的是静电除尘器泄爆问题。

    静电除尘器是采用高压电场使煤气发生电离，气流中的粉尘荷电后在电场作用下与气流分离达到除尘的目的。工业所讲的煤气是指含有H2、CH4及CO 等多种可燃气体成分的混合气体，其特性是无色、易燃、易爆、易使人中毒。煤气的这些特点就决定了在工作中必须小心操作，否则容易引发事故。煤气爆炸极限有两个: VCO ＞ 9%、VO2 ＞6%或VH2 ＞3%、VO2 ＞4%，静电除尘器内煤气成分达到爆炸极*，被电场中高压闪络的电弧火花爆燃，煤气体积迅速膨胀，导致压力超过泄爆阀设定值，就会发生泄爆。

    大型的泄爆会造成设备损坏，中小型的泄爆会造成静电除尘器内的极板、极线损坏，使极间距发生变化，影响除尘效果，通常泄爆一次会使该炉次生产中断8 min 左右。

3.在线气体分析系统在煤气除尘工艺中的应用

    国内外钢铁企业干法除尘系统运行中的泄爆主要发生在开始吹炼、紧急提枪和补吹阶段，都是由于停吹时静电除尘器中充满空气，当转炉开吹时产生的CO 没有*燃烧所致。因此减少泄爆的关键是控制煤气中CO、O2和H2 浓度在爆炸极限之外。企业可使用在线气体分析系统对焦炉煤气中的CO、O2 和H2含量进行在线监控以及分析,从而实现对焦炉煤气的实时监控,进而确保焦炉煤气系统的正常运行。

    Gasboard-9021是四方光电（武汉）仪器有限公司自主研发的专门针对样品气中含尘、含湿、含焦油的特定工况而设计的在线气体分析系统，它由预处理单元、控制单元、分析单元三部分构成。其分析仪表采用该公司自主研发的多组分煤气分析仪Gasboard-3100，可用于在线测量煤气中CO、CO2、CH4、CnHm、H2、O2等气体浓度，并可实时计算煤气热值。测试数据可通过RS-232或RS-485、4-20mA输出接口传输到上级集中控制系统，为实现远程的监测、工艺调整提供实时依据。

3.1多组分煤气分析仪技术原理

    煤气分析仪Gasboard-3100采用微流红外传感器，一个气室内完成CO、CO2、CH4、CnHm的测量，并结合MEMS热导技术及长寿命电化学气体传感器技术实现6组分煤气同时分析，且测量精度高，多组分气体测量间无交叉干扰。

    煤气成份中，特别是焦炉煤气，除甲烷外，还含有其他碳氢化合物等成分。根据红外吸收原理，如图，乙烷等碳氢化合物在甲烷的特征波长3.3um左右有明显吸收干扰。当煤气中其他碳氢化合物含量较大时，CH4的测试值会明显偏大，导致测量不准确。煤气分析仪Gasboard-3100采用微流红外技术，可实现无干扰的CH4测量，准确反映混合煤气中CH4和CnHm成分的实际含量。

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的红外吸收光谱

3.2在线气体分析系统Gasboard-9021功能特点

    在线气体分析系统Gasboard-9021采用 PLC 程序控制，自动完成采样、排水、反吹、故障处理等操作，实现24小时无人值守，大大减少了人工负荷，保证系统长期稳定、准确、连续自动在线运行。系统同时采用MCGS触摸屏作为HMI人机交互界面，可以查看当前运行状态，阀门状态以及根据现场情况授权修改参数。

4.结语

    煤气除尘和煤气安全防护，是很多工业企业都必须面临的工作。同时，作为钢铁、有色、化工、新能源等工业领域重要的能源载体，为了有效、安全、合理利用，煤气成分、热值及氧含量等各种参数监测具有至关重要的意义。在安全*的理念下，相关管理部门必须对煤气的除尘和安全管理采取有效的监测措施，来保证生产工作顺利进行。

    （来源：公众号@工业过程气体监测技术）