摘要：基于半导体激光吸收光谱技术的激光原位气体分析系统响应速度快且无需采样预处理装置，可较好地满足八一钢铁厂转炉煤气回收的实时在线检测要求。激光原位气体分析系统的响应速度小于1秒比采样气体分析系统快约20~30秒，从而可以提高转炉煤气的收得率，吨钢煤气回收量提高4%，折合5Nm3/t以上。
关键词：激光分析仪；转炉煤气；在线预处理分析仪
一、概 述
炼钢的冶炼过程实质上是在高温条件下，用氧气将铁水中所含的过量的碳和其它杂质转换为气体和炉渣而除去的过程，在冶炼过程中伴随着大量烟气的产生，其主要成分为CO，浓度峰值可达到70%，回收利用这些转炉烟气是对降低能源消耗、减少环境污染，保证生产安全等起着十分重要的作用。
从发展过程来看，气体检测技术经历了人工取样分析、在线连续取样分析和实时原位分析三个阶段，本文对在线连续采样预处理装置及半导体激光分析仪的在线气体分析技术进行了比较。
二、八一股份炼钢厂转炉的烟气净化及煤气回收系统工艺
八钢公司120吨转炉烟气净化及煤气回收系统采用的是OG法。1#120转炉采用二文一塔方式，2#、3#120吨转炉采用环逢装置配脱水塔装置的方式。
三、两种在线分析技术比较
八钢转炉煤气回收工艺对过程气体的分析方式主要分为连续采样分析和实时原位分析两种。分析系统主要包括采样设备，预处理设备，分析仪表三部分，其设备之间通过DN8mm的不锈钢管路连接；测量气体从管道至分析仪器内部需经过20-30秒的预处理过程，时效性较差。
激光原位气体分析系统无需复杂的采样设备（探头加热装置）和预处理设备（抽气泵、气体过滤装置、冷凝器装置），结构简单、无运动部件，解决了在线采样气体分析系统的众多弊病。
四、激光分析仪的特点
4.1 不受背景气体交叉干扰
半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，是红外光源谱宽的1/106，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度（见图2），其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线（半导体激光吸收光谱技术也因此被称为单线光谱技术），因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。
4.2 不受被测气体环境参数变化干扰
被测气体环境参数—温度或压力发生变化通常导致谱线强度和展宽发生变化，对温度或压力信号不加修正就会影响测量结果。由于DLAS技术是对被测气体单一吸收谱线进行分析，可较容易地对温度、压力效应进行修正。LGA系列激光气体分析系统通过输入4-20mA的温度和压力信号，自动修正因被测气体环境参数变化导致谱线强度和展宽变化产生的干扰。
综上所述，激光分析仪系统比传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性。并且由于激光气体分析系统省却了采样预处理装置，结构简单、无运动部件，维护量低、标定简单，可靠性高，响应速度快而准确，大大提升了在线过程气体检测的时效性。
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五、提高转炉煤气回收量的实践
5.1激光气体分析系统因其技术优势，已取代红外气体分析系统，并应用于新疆八一钢铁转炉炼钢厂的转炉煤气回收系统。
在转炉炼钢生产过程中，产生的烟气温度为1450℃～1600℃，通过转炉烟罩降温至1000℃，然后经过一级、二级文氏管或者环封系统除尘、降温。经降温除尘的净煤气中通常含有微量氧和高浓度的CO成分（最高70%左右），通过回收这些煤气，能够使转炉工序甚至整个炼钢厂实现“负能炼钢”。通过转炉煤气回收实现了炼钢工序能源的负消耗。转炉煤气回收工艺要求，回收的转炉煤气必须保证O2含量小于1%CO含量大于30%。而为保证有效、安全的回收转炉煤气，整个工艺过程中的气体检测点在90°脱水塔后安装了一台O2含量检测，在风机出口安装了一台O2和一台CO含量检测点，CO的检测是保证回收到最有价值的煤气，O2的检测是避免回收过程中将氧含量超过1%的转炉煤气回收到8万立方煤气柜。
分析原因是预处理分析仪滞后，转炉开始冶炼后转炉煤气成分已达标，此时因预处理分析仪滞后延后回收20秒左右，当回收后期确保送入煤气柜的转炉煤气氧含量不超标因分析仪滞后只能提前终止回收（提前40秒左右终止回收）。
我厂分别采用激光分析仪与预处理分析仪对转炉煤气回收系统中CO浓度从0%达到35%的时间差，激光分析仪提前预处理分析仪20秒检测出CO浓度达到35%，可见激光气体分析系统比预处理器分析系统可提前回收达标转炉煤气，在回收末期可准确的测量出不达标的煤气提前停止回收，从而保证向能源中心8万煤气柜送出的转炉煤气品质（氧气含量小于1%）。故为保证安全，原设计是按转炉停止冶炼时刻即转炉氧气切断阀关闭信号作为停止回收信号，导致冶炼开始后有一部分满足条件的转炉煤气因此，提高在线气体分析系统的响应速度可较显著地提高转炉煤气的回收量（可多回收60秒），为炼钢负能回收创造更大的效益。
5.2对八钢原煤气回收控制系统进行优化具体措施：
5.2.1、分析仪检测数据自动控制转炉煤气回收系统
实现了RD及环缝自动调节（根据一氧化碳浓度），转炉煤气回收由分析仪进行控制，转炉下枪冶炼后转炉烟气中一氧化碳浓度及氧含量达到标准后煤气回收，当氧含量及煤气含量超标三通阀转放散控制，等程序的优化修改工作。
5.2.2、对分析仪安装位置进行调整
原设计8万立方煤气柜入口有一台激光氧含量分析仪，在冬季时经常发氧含量高报警信号，进过检查是因我厂煤气管路过长近2000m，管道又没有保温，故在寒冬管道内的煤气温度与环境温度接近-20摄氏度左右，120t转炉产线为OG湿法除尘，其转炉煤气中含水量达到100%，导致转炉煤气中的水汽结晶影响到分析仪的透过率（＜1%不工作），针对此问题，将分析仪位置进行调整，风机房V型水封后的总管内温度在10℃以上，此处转炉煤气中的水气不可能结晶，可满足分析仪正常检测。调整了安装位置解决了能源中心煤气柜入口分析仪在冬季环境温度低影响分析仪检测的故障。
5.2.3、规范操作制度
工艺操作上严格规范煤气回收的降罩操作制度，以提高转炉煤气的CO含量，并降低煤气中O2含量。考虑到，目前的转炉冶炼以判断火焰为终点控制手段，在冶炼前烧期（约3min）采用自动闭罩操作，3分钟后将烟罩自动升高100mm以便操作工观察转炉火焰状况，以确保所回收煤气的质量和生产操作。
5.2.4取得的实绩成果
六、结束语
根据国家开展清洁生产机制，鼓励企业实施节能减排、循环经济，满足可持续发展的政策要求，钢铁冶金行业的节能减排任务尤为艰巨。激光气体分析系统提供了快速、稳定的过程气体分析。测量数据显示，采用LGA系列激光原位气体分析系统比传统采样气体分析系统响应速度快约20秒。在炼钢转炉煤气回收项目上的应用可显著提高转炉煤气回收量，目前八一股份炼钢厂转炉煤气回收达到了140Nm3/t以上。
论文作者:唐烨,刘兴海,王树奇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/31
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