山東新澤儀器SINZEN生產(chǎn)的TK-4000型低溫、高溫水泥窯氣體在線分析系統(tǒng)技術(shù)介紹
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n 山東新澤儀器有限公司
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高溫探頭成套裝置簡介
燃燒效率曲線圖
⑵ 監(jiān)控窯內(nèi)溫度（測量NO的含量）
熟料質(zhì)量主要取決于燒成帶狀況穩(wěn)定與否，燒成帶的溫度至關(guān)重要，快速、連續(xù)（滯后時(shí)間≤2min）指示溫度趨勢（并非準(zhǔn)確值），從而及時(shí)修正以免窯溫度失控。山東新澤儀器SINZEN生產(chǎn)的TK-4000型低溫、高溫水泥窯氣體在線分析系統(tǒng)技術(shù)介紹
是否修正相應(yīng)的溫度帶，必須通過研究熟料質(zhì)量來確定。
NO與溫度關(guān)系曲線圖
⑶ 提高水泥質(zhì)量（測量SO2的含量）
具稱國內(nèi)目前尚無此應(yīng)用技術(shù)（SO2＜1%）
過程分析成套系統(tǒng)基本組成
樣品取樣裝置及伴熱管線
實(shí)現(xiàn)樣品的連續(xù)采集
一般由取樣探頭組合部件組成，帶有過濾器
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用工程條件（如：取樣壓力、取樣溫度、取樣點(diǎn)粉塵粒度和含塵量、樣品氣腐蝕性、聚合物等）選擇不同的取樣探頭
取樣探頭的伴熱采用電伴熱或蒸汽伴熱方式
樣品傳輸管道采用電熱帶或蒸汽管道伴熱
樣品取樣回路控制
實(shí)現(xiàn)樣品氣回路的自動(dòng)或手動(dòng)控制
對于需要自動(dòng)定時(shí)切換的取樣回路一般由電磁閥或電動(dòng)球閥等實(shí)現(xiàn)回路控制
對于不需要自動(dòng)切換的取樣回路一般由手動(dòng)截止閥、多路切換閥等實(shí)現(xiàn)回路控制
還應(yīng)用在一套系統(tǒng)有多個(gè)取樣點(diǎn)或多套系統(tǒng)有多個(gè)取樣點(diǎn)的交叉切換分析
樣品預(yù)處理系統(tǒng)
用來凈化樣品氣，使經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)后的樣品氣能符合分析儀器的要求
只要處理的對象：樣品氣的粉塵、水分、流量、溫度、壓力、腐蝕性和聚合物等
保證在經(jīng)過預(yù)處理后的樣品氣不發(fā)生質(zhì)的變化
一般采用物理方法：如：過濾除塵、降溫除濕等
校準(zhǔn)氣路和標(biāo)準(zhǔn)氣
用來實(shí)現(xiàn)對分析儀器所需樣氣回路、標(biāo)校氣路的切換和標(biāo)準(zhǔn)氣供給
一般用多通路手動(dòng)切換閥完成不同氣路的切換（如：采樣回路、零點(diǎn)標(biāo)?；芈贰⒘砍虡?biāo)?；芈返龋灰部赏ㄟ^電磁閥或電動(dòng)球閥來實(shí)現(xiàn)氣路切換
必要時(shí)標(biāo)準(zhǔn)氣體還要采用降壓或穩(wěn)壓控制措施
標(biāo)準(zhǔn)氣是保證氣體分析儀器準(zhǔn)確度*手段，根據(jù)儀器的使用量程選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)氣，應(yīng)適用在有效期內(nèi)的鋼瓶裝氣，只能是法定部門按法定方法配制的標(biāo)準(zhǔn)氣才能使用
樣氣流量調(diào)節(jié)和監(jiān)控
用來實(shí)現(xiàn)對分析儀器所需樣氣流量大小的調(diào)節(jié)、流量指示和流量監(jiān)控
普通型不帶流量監(jiān)控功能
報(bào)警型帶有流量監(jiān)控功能（流量低于設(shè)定值時(shí)輸出一對無源觸電開關(guān)量信號）
與成套 系統(tǒng)配套使用時(shí)，開關(guān)信號進(jìn)入系統(tǒng)PLC集中控制，狀態(tài)信號輸出到控制室
探頭吹掃和控制
對取樣探頭內(nèi)過濾器進(jìn)行除掃，去除探頭內(nèi)的粉塵，延長取樣探頭使用壽命
出掃功能由系統(tǒng)中PLC集中控制相關(guān)電磁閥，自動(dòng)完成吹掃動(dòng)作程序，系統(tǒng)一般設(shè)有手動(dòng)吹掃功能可隨時(shí)啟動(dòng)吹掃程序。
吹掃采用脈沖方式，分別對探頭內(nèi)的過濾器和探頭管進(jìn)行吹掃。
成套系統(tǒng)電氣控制
1.電源管理和分支電氣回路控制
2.通過可編程序控制器（PLC）完成對本系統(tǒng)涉及的所有的號集中控制，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信號、狀態(tài)信號、故障信號與外部的聯(lián)絡(luò)。
3.當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，自動(dòng)對系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)。
氣體分析儀器
1.氣體分析儀器是整套系統(tǒng)中的核心和基礎(chǔ)；
2.根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、測量組份和客戶要求不同，氣體分析儀器的選擇也不盡相同，同樣的成套系統(tǒng)可以有不同配置的氣體分析儀器，分析儀器本身的技術(shù)參數(shù)在很大程度上決定了成套系統(tǒng)的分析準(zhǔn)確度；
3.不同測量原理的分析儀器適合測量不同的氣體組分，背景氣對其影響程度也不盡相同。
高溫探頭成套系統(tǒng)安裝位置分布圖
2.取樣難度
高溫：1200℃
高粉塵：2000g/m3
腐蝕性：SO2、Nox
堿性金屬鹵化物在探頭取樣口上形成結(jié)皮
進(jìn)料口片是損壞探頭
3.取樣的三種方法
⑴干法（無冷卻水裝置）
不能*承受高溫
樣氣變化梯度小 CO＋O2（T＞600℃）---CO2
⑵濕法（水沖洗）
分析失真大、噴嘴容易堵塞
冷卻水進(jìn)入工藝管道
⑶干法（循環(huán)冷卻水）
冷卻水不接觸樣氣，冷卻水循環(huán)使用，節(jié)能、環(huán)保
能*在高溫下運(yùn)行
樣氣溫度變化梯度大
取樣探頭管如何能承受高溫
a． 干法水冷卻取樣探頭，實(shí)現(xiàn)取樣管熱保護(hù)（冷卻水溫度60℃，zui高85℃，壓力2bar左右）
b. 采用特制的耐高溫不銹鋼制造，無冷卻水使用極限溫度1600℃
c. 探頭管采用前細(xì)后粗的設(shè)計(jì)方案，增加強(qiáng)度
d. 定期自動(dòng)移出，防止探頭管結(jié)皮
e. 樣氣溫度變化梯度大
CO＋1/202 ----- （T＞600℃）CO2
CO=1% CO=0%
O2-2% O2=1.5%
CO2=20% CO2=21%
f. 探頭管系列長度：1500mm、2000mm、2500mm、3000mm
g. 定期自動(dòng)反吹探頭管，保證氣路暢通
h. 采用*的樣氣入口，降低粉塵吸入量（見圖）
i. 探頭管的兩種冷卻方式：
水冷卻 油冷卻
經(jīng)濟(jì)、方便 成本高、繁瑣
不會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生污染 易產(chǎn)生污染
安全 易發(fā)生火災(zāi)
也可采取油冷卻 易結(jié)皮
高溫探頭管示意圖
高精度過濾器如何過濾粉塵
a. 獨(dú)立的氣路接口，過濾粉塵量2000g/Nm3
b. 可安裝電加熱器伴熱
c. 快速更換過濾器結(jié)構(gòu)
d. 采用*的脈沖內(nèi)、外吹掃方式，提高反吹效果
e. 新型陶瓷過濾器，提高過濾精度（見圖）
取樣探頭結(jié)構(gòu)示意圖
取樣探頭內(nèi)吹示意圖
取樣探頭外吹示意圖
取樣控制柜的作用
a. 電氣控制與預(yù)處理同裝置一套柜子，設(shè)計(jì)緊湊，維護(hù)方便
b. PLC可編程序控制器及相關(guān)軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種邏輯控制功能及自動(dòng)操作，使該裝置的自動(dòng)化程度較高
c. 裝置有故障自診斷功能，大大減少維護(hù)量
d. 有多路狀態(tài)信號和故障信號送至控制室
e. 在供水故障、循環(huán)水溫度高、樣氣負(fù)壓高、應(yīng)急水箱液位低等故障條件下，能實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)報(bào)警和探頭自動(dòng)移除
f. 樣氣管道全面防腐
電動(dòng)返回裝置的作用
a. 探頭帶電動(dòng)返回裝置，確保探頭的正常維護(hù)與安全運(yùn)行
b. 電動(dòng)返回裝置有 自動(dòng) 手動(dòng) 兩種功能，給投運(yùn)和維護(hù)帶來方便
c. 返回裝置分正、副軌道，保證探頭在移除時(shí)暢通無阻
d. 探頭的自動(dòng)移除防止探頭結(jié)皮
e. 反吹的儲(chǔ)氣罐和電磁閥安裝在電動(dòng)返回裝置上，是反吹效果達(dá)到較好的效果
f. 探頭移入、移出自動(dòng)限位
g. 冷卻水管道、樣氣管道、反吹管道及電纜隨探頭管移動(dòng)
高溫探頭成套成功應(yīng)用綜述
1. 正確選擇取樣點(diǎn)是系統(tǒng)成功應(yīng)用的前提(取樣點(diǎn)處有平臺,取樣探頭在窯內(nèi)的位置應(yīng)避開物料沖擊,并盡可能遠(yuǎn)離窯內(nèi)堆積的物料)
2. 固定探頭返回裝置時(shí),保證取樣探頭移動(dòng)順暢,反復(fù)手動(dòng)推動(dòng)取樣探頭測試
3. 從應(yīng)急水箱至水循環(huán)柜連接的管道應(yīng)采用G1-1/4管道,減少阻力,增加循環(huán)流量,當(dāng)循環(huán)水流量小于2m3/h時(shí),檢查應(yīng)急水回路是否有機(jī)械雜質(zhì)或有空氣
4. 當(dāng)取樣探頭端部取樣孔出現(xiàn)異常堵塞時(shí),可改變?nèi)犹筋^位置(移出一段)
5. 取樣探頭過濾器出現(xiàn)頻繁堵塞時(shí),檢查壓縮空氣是否含有水、油或粉塵（一般的壓縮空氣需要經(jīng)過可靠的除水、除油和除塵后才能使用）,或通過PLC程序?qū)⒉蓸訒r(shí)間適當(dāng)縮短(采樣一般設(shè)置為7-10min)
6. 探頭自動(dòng)移出間隔時(shí)間不宜太長,經(jīng)免取樣探頭結(jié)皮(根據(jù)結(jié)皮情況而定,一般設(shè)置為2-4h自動(dòng)移出一次)
7. 使用一段時(shí)間后人為將應(yīng)急水箱儲(chǔ)水更換一次,防止機(jī)械雜質(zhì)堵塞水回路
8. 日常巡檢,定期維護(hù)是系統(tǒng)*正常運(yùn)行的關(guān)鍵
分析儀原理
n 紅外線多組分氣體分析（CO2、CO、NO、SO）
當(dāng)紅外光通過待測氣體時(shí),這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收,其吸收關(guān)系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設(shè)入射光是 平行光,其強(qiáng)度為I0,出射光的強(qiáng)度為I,氣體介質(zhì)的厚度為L。當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為dI時(shí),根據(jù)朗伯--比爾吸收定
律: dI/I=-KdN，式中K為比例常數(shù)。經(jīng)積分得:lnI=-KN+α (1) ， 式中:N為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù);α為積分常數(shù)。顯然有 N∝cl,c為氣體濃度。則式(1)可寫成:
I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL) (2) 式(2)表明,光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度c及厚度L按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性,各種氣體的吸收系數(shù)μ互不相同。對同一氣體,μ則隨入射波長而變。若吸收介質(zhì)中含i種吸收氣體, 則式(2)應(yīng)改為:I=I0exp(-l∑μi ci) (3)
因此對于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個(gè)適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。
n 以 CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過一個(gè)4.26μm波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過 4.26um波長紅外光的強(qiáng)度，以此表示CO2氣體的濃度，如果在探測器端放置一種具備四元的探測器，并配備四種不同波長的濾光片，則在一臺儀器內(nèi)就可以
完成對氣體成分中CO2、CO、SO2、NO的同時(shí)測量
2．3 電化學(xué)O2分析
O2是一個(gè)安全參數(shù)，也是過剩空氣系數(shù)的一個(gè)重要參數(shù)。本儀器采用了一種長壽命（6年）的電化學(xué)O2傳感器，該傳感器實(shí)際上是一種微型電流發(fā)生器，配合高精度的前置放大電路，直接輸出與濃度對應(yīng)的電壓進(jìn)入儀器測控系統(tǒng)。
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