一、我國(guó)冶金行業(yè)的現(xiàn)狀

    鋼鐵行業(yè)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，占有舉足輕重的地位。作為制造業(yè)中心，中國(guó)的工業(yè)化發(fā)展的潛力很大，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，會(huì)為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。而今，中國(guó)的鋼鐵行業(yè)正經(jīng)歷著兼并重組，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的過程。鋼鐵行業(yè)健康穩(wěn)步的發(fā)展，關(guān)系重大。

    鋼鐵的冶煉過程實(shí)質(zhì)上是原材料、燃料和成品的流轉(zhuǎn)過程，在流轉(zhuǎn)中伴隨著大量氣體產(chǎn)生，而在線檢測(cè)分析這些過程氣體是冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制、安全和環(huán)保監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)之一。西門子是中國(guó)鋼鐵工業(yè)的合作伙伴，一直致力于推動(dòng)中國(guó)鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高。西門子分析儀器能夠應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)中的煉鋼、煉鐵及燒結(jié)等各個(gè)裝置，對(duì)降低能源消耗、保證生產(chǎn)安全等起著十分重要的作用，還對(duì)鋼鐵企業(yè)增大產(chǎn)能，提高產(chǎn)品質(zhì)量有積極的效果。

二、高爐煤氣為什么要安裝SITRANS SL 原位激光分析儀

    高爐冶煉是當(dāng)今煉鐵工藝中最主要的煉鐵方法。時(shí)事檢測(cè)出高爐煤氣中各組分的含量可以及時(shí)反應(yīng)出爐內(nèi)狀況，指導(dǎo)高爐的操作，從而保證了高爐穩(wěn)定順利的運(yùn)行，同時(shí)為提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量起著十分重要的作用。

    西門子分析儀可以在線檢測(cè)高爐煤氣中N2、CO、CO2、H2的含量，每一個(gè)周期自動(dòng)向高爐控制中心提供一組準(zhǔn)確、可靠的高爐煤氣中各組份的百分含量。通過計(jì)算CO2/(CO+CO2)的比值來(lái)判斷煤氣利用率，控制焦煤比，一般在焦炭負(fù)荷不變的情況下比價(jià)降低，說(shuō)明煤氣利用率降低，預(yù)示著高爐轉(zhuǎn)涼；通過觀察H2的含量判斷風(fēng)口中小套高壓水及爐身冷卻壁常壓水是否漏水，如果H2值增加，說(shuō)明存在漏水，為防止爆炸，需盡快解決；通過對(duì)N2含量的檢測(cè)，可推測(cè)出高爐的泄漏率。一般采樣點(diǎn)選在重力除塵器后，布袋除塵前的煤氣水平管道上。由于西門子分析儀擁有諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高了測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。還有，分析儀表可以幫助測(cè)量熱風(fēng)爐出口的O2含量，優(yōu)化高爐燃燒，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

    另外，為了提高煉鐵的經(jīng)濟(jì)性，降低成本，國(guó)內(nèi)許多高爐采用噴煙煤或參噴煙煤完成煉鐵工藝。由于煙煤揮發(fā)性和可燃性比較高，在磨煤機(jī)磨煤時(shí)，進(jìn)入過多的氧氣易引起爆炸，所以在磨煤機(jī)前的熱風(fēng)管道上以及磨煤機(jī)之后的布袋除塵器之后都要檢測(cè)氧的含量，若氧含量過高，則要報(bào)警。在煤粉倉(cāng)中，還要檢測(cè)CO的含量，當(dāng)CO含量過高時(shí)，需要及時(shí)沖氮，防止事故發(fā)生。

    在高爐噴煤的應(yīng)用中，西門子的SITRANS SL 原位激光分析儀都有很好的應(yīng)用。其中，激光分析儀比起傳統(tǒng)的抽取式的分析儀有他本身自有的優(yōu)勢(shì)。首先，激光分析儀采用原位式安裝，直接安裝于工藝管道上，省去了采樣探頭、采樣管線和預(yù)處理系統(tǒng)。其次，激光分析儀維護(hù)起來(lái)非常簡(jiǎn)便，降低了維護(hù)費(fèi)用。最后，激光分析儀的響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1秒，為安全保護(hù)系統(tǒng)及時(shí)提供數(shù)據(jù)，可以勝任關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量。值得一提的是，雖然激光分析儀有諸多優(yōu)勢(shì)，但其不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分析儀表。在一些測(cè)量點(diǎn)上，比如磨煤機(jī)出口，煤粉倉(cāng)等，由于含塵量非常大，激光的透光率會(huì)受到很大的影響，從而使得測(cè)量效果變差。這個(gè)時(shí)候只能采用傳統(tǒng)抽取式分析儀來(lái)測(cè)量。

    在鋼鐵行業(yè)中，西門子憑借其齊全的產(chǎn)品線，可以提供的解決方案，如下圖所示是西門子分析儀在高爐煉鐵工藝中的應(yīng)用。

三、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀正確的選擇

   1、SITRANS SL 原位激光分析儀產(chǎn)品簡(jiǎn)介

SITRANS SL是一款借助不同氣體組份特定光吸收的測(cè)量原理的二極管激光氣體分析儀。SITRANS SL適合于過程或燃料氣體中的氣體濃度的快速和非接觸測(cè)量。傳感器(發(fā)射器和接收器) 只需直接安裝在監(jiān)測(cè)的工藝氣體管道上，無(wú)需采樣系統(tǒng)。處理測(cè)量信號(hào)為一個(gè)濃度值、監(jiān)控、控制和通訊服務(wù)的硬件都被集成于這兩個(gè)主要的模塊中。該傳感器是為嚴(yán)厲環(huán)境條件下的操作而設(shè)計(jì)的。激光從變速器被發(fā)送，穿過過程氣體，到達(dá)接收器端上的檢測(cè)器。測(cè)量是通過借助一個(gè)非常短的響應(yīng)時(shí)間而在線地執(zhí)行的，允許過程控制中快速和有效的成本節(jié)省。激光的本質(zhì)特性決定了單一的光譜可以不受干擾。由于激光的帶寬特別窄，只有吸收光譜與之相吻合的氣體組分才能夠有（吸收）反應(yīng)。由于激光技術(shù)所固有的優(yōu)秀補(bǔ)償能力，所以來(lái)自其它方面的干擾，例如灰塵和溫度，就可很容易地被去除。在線的內(nèi)置參比池充滿了無(wú)干擾參比氣體，是已存在的西門子TDL（可調(diào)諧二極管激光）技術(shù)優(yōu)勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)需人為自標(biāo)定而且維修要求低。

   2、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀的理由

    我國(guó)目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器是利用高壓靜電作用下產(chǎn)生正負(fù)極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時(shí)，由于受到高壓電場(chǎng)的作用被捕集下來(lái)。由于煤氣易燃易爆，如果煤氣中混有氧氣，當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸極就會(huì)發(fā)生爆炸。因此氧含量的控制至關(guān)重要。而對(duì)O2濃度的在線檢測(cè)主要采用傳統(tǒng)的抽取式氣體分析儀。這一技術(shù)對(duì)氣體潔凈度的要求十分苛刻，而氣體檢測(cè)采樣過程當(dāng)中的粉塵、焦油和液滴等其它雜質(zhì)，很容易污染分析儀內(nèi)部元器件，造成采樣分析錯(cuò)誤。在實(shí)際應(yīng)用中, 需要通過蒸汽引射探頭取樣、多級(jí)除塵、除硫、除萘、除焦油、除酸霧、除水等、增壓穩(wěn)壓、穩(wěn)流、快速回路、伴熱保溫等樣品處理方式來(lái)完成氣體潔凈度的要求，確保所使用的磁氧分析儀能夠準(zhǔn)確分析及長(zhǎng)期使用。

由此可見，抽取式氣體分析儀依賴于氣體的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)。如果一旦氣體的采樣和預(yù)處理達(dá)不到分析儀的要求，儀器就會(huì)處于癱瘓狀態(tài)，同時(shí)要求日常維護(hù)工作量與維護(hù)的投入較大。整個(gè)分析過程的采樣管線及預(yù)處理和分析儀之間距離較長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，分析反應(yīng)遲滯,不能很好地滿足工業(yè)過程實(shí)時(shí)控制的要求。

 焦?fàn)t煤氣電捕焦油器典型工況

   3、激光氣體分析儀測(cè)量原理及SITRANS SL型激光分析儀的特點(diǎn)

    由于各物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分子的能級(jí)也千差萬(wàn)別，各能級(jí)之間的間隔也互不相同，這就決定了它們選擇性地吸收不同波長(zhǎng)的光線。

 激光分析儀正是依據(jù)分子的特征吸收譜，以比爾-朗波特定律為理論基礎(chǔ)，充分發(fā)揮激光的單色性、方向性與高亮度等特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)某種特定氣體進(jìn)行濃度分析。如果已知某種氣體成分的特征吸收波長(zhǎng)和吸收常數(shù)，利用激光光源的強(qiáng)單色性，使波長(zhǎng)正好等于該成分吸收波長(zhǎng)的光透過氣體，檢測(cè)并分析得到光的吸收強(qiáng)度，結(jié)合激光在氣體中的傳播路徑，就能得到待測(cè)成分的濃度。測(cè)量原理示意如圖所示：

 激光氣體分析儀測(cè)量原理示意圖與傳統(tǒng)氣體分析儀相比較，西門子公司的 SITRANS SL型激光氣體分析儀具有如下優(yōu)點(diǎn):

（1）為提高測(cè)量靈敏性，減少其它氣體分子的干擾,儀器采用了波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)：將激光束的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)成被測(cè)氣體分子所吸收的特定波長(zhǎng), 其它氣體分子對(duì)激光束不再產(chǎn)生吸收，解決了背景氣體的交叉干擾問題。

（2）“二次諧波處理”方法和“自動(dòng)增益控制”技術(shù)專用于濾除粉塵影響及粉塵動(dòng)態(tài)變化的情況。激光分析儀接收到的信號(hào)弱于發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，這是粉塵阻擋與氣體吸收共同作用的結(jié)果。粉塵對(duì)信號(hào)的影響是遮擋，信號(hào)強(qiáng)度在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)均有減弱，而氣體分子是有選擇性地吸收，可以理解為是某個(gè)頻率的函數(shù)。“二次諧波處理”是將信號(hào)以數(shù)學(xué)級(jí)數(shù)的方式展開，只針對(duì)展開式的二次諧波信號(hào)進(jìn)行分析，這樣就可以確保消除粉塵等干擾信號(hào)，將粉塵等影響去除。“自動(dòng)增益控制”是一項(xiàng)智能控制技術(shù)，根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)增益值，特別是當(dāng)粉塵含量動(dòng)態(tài)變化時(shí)，縱然原始接收信號(hào)的幅度變化劇烈，經(jīng)自動(dòng)增益處理后，總能限制在某一適當(dāng)?shù)姆确秶?，既不過于微弱，也不會(huì)產(chǎn)生飽和失真的狀況。正是由于采用“二次諧波處理”技術(shù)，不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)“自動(dòng)增益控制”調(diào)控幅度而影響分析的準(zhǔn)確性，兩者相輔相成。

(3)分析儀器帶自動(dòng)標(biāo)定功能。通過在光路上增加氧同位素模塊，使得儀器在每個(gè)分析周期都可以使用同位素的頻譜進(jìn)行自我標(biāo)定，確保儀器的零點(diǎn)和量程沒有漂移，具備長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性。

(4)無(wú)需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，具有現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)量、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

(5)激光分析儀具備ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85?C認(rèn)證，適用于更多的危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)用。

   4、SITRANS SL 原位激光分析儀應(yīng)用

  為了能夠使激光氣體分析儀準(zhǔn)確而又有效的應(yīng)用于電捕焦油器出口的氧含量檢測(cè)這一特殊情況，基于激光氣體分析儀的工作原理及電捕焦油器出口的現(xiàn)狀，我們選擇了SIEMENS SITRANS SL激光分析儀及與其配套的安裝吹掃方式。

    1）激光氣體分析儀主要由帶吹掃單元的發(fā)射裝置、帶吹掃單元的接收裝置及處理單元構(gòu)成工作原理，如圖所顯示。

2）激光氣體分析儀測(cè)量示意圖

其原理：發(fā)射裝置和接受裝置通過法蘭安裝在現(xiàn)場(chǎng)的氣體管道的兩側(cè),發(fā)射裝置發(fā)出的紅外激光發(fā)射到氣體管道另一側(cè)的接收裝置上,由于管道內(nèi)被測(cè)氣體分子對(duì)激光束進(jìn)行單線光譜吸收,導(dǎo)致激光某一吸收譜線的光能量發(fā)生改變，光能量變化情況與被測(cè)氣體含量成對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測(cè)光能量變化情況就可以得出被測(cè)氣體的濃度。

    3）現(xiàn)場(chǎng)使用情況

如圖所示，我們優(yōu)化了安裝方式，通過特制的一體化吹掃管光程系統(tǒng)，避免了焦油、粉塵對(duì)光窗的污染，保證了儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。通過特制的吹掃氣控制系統(tǒng)，確保了吹掃氣的可選擇范圍更大，對(duì)吹掃氣的質(zhì)量、流量及壓力做到更穩(wěn)定的控制。

  激光氣體分析儀吹掃單元及安裝示意圖

    4）主要特點(diǎn)

      (1)原位安裝，無(wú)需樣品維護(hù)的成本及不確定性；

      (2)實(shí)時(shí)測(cè)量分析，響應(yīng)時(shí)間快，不存在滯后時(shí)間，確保用戶設(shè)備的使用安全；

      (3)吹掃氣的吹掃，確保工藝中的水分、粉塵、焦油等有害物質(zhì)污染光窗；

      (4)測(cè)量靈敏性高，受其它氣體分子的交叉干擾?。?/span>

      (5)采用二次諧波技術(shù)，防止粉塵對(duì)測(cè)量的干擾；

      (6)緊湊型的設(shè)計(jì)，確保其穩(wěn)固耐用；

      (7)內(nèi)置參比池的設(shè)計(jì)，可自動(dòng)標(biāo)定，確保其測(cè)量穩(wěn)定；

      (8)自動(dòng)增益控制，做到了動(dòng)態(tài)煙塵補(bǔ)償，避免了因工藝粉塵變化影響透光率；

  5、SITRANS SL 原位激光分析儀圖片展示

    1）設(shè)備圖