煤气热值分析系统

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煤气热值分析系统

一、概述

　　本系统是根据焦炉煤气项目煤气热值分析工况条件针对性设计的，在采用西安聚能仪器有限公司成熟的预处理技术和分析控制技术基础上而进行模块化针对性设计的，具有国际水平。

　　本过程气体分析成套系统（以下简称系统）是焦炉煤气项目煤气热值在线监测包括分析CO、H2、CH4分析仪器（热值）、与预处理装置及其附属的应用保障部分（标准气）；通过针对现场应用条件。工艺气样条件的系统设计，所实现的正确匹配与合理组合，使CO、H2、CH4分析仪器（热值）能很好适应焦炉煤气项目煤气热值分析的特殊工艺条件。系统能自动、连续、准确、可靠地分析煤气中的CO、H2、CH4含量。热值采用**Kcal/Nm3显示，系统正常运行期间能同时提供CO、H2、CH4和热值的4～20mA四组标准输出信号；并根据测量组份的含量值输出超限报警状态信号。该系统的分析仪器为传感器核心为原装进口。系统技术方案、结构简明、部件性能可靠、自动化程度高、操作简便、维护量小、是焦炉煤气热值监测的理想设备。

　　本系统主要由取样单元（气源净化单元）、输气单元、预处理单元、分析单元、控制单元、标定单元组成。可应用于焦炉煤气热值的监测。系统具有安全可靠、取样真实、响应快、分析精度高、配置和选型佳等诸多特色，系统不仅考虑了适应危险环境场所问题，也考虑了避免系统内部的不安全因素的产生。因此是国内为完善的煤气热值分析系统。

　　1.1热值计算方法

　　焦炉煤气是在密闭的焦炉内提炼焦炭反应生成的气体，是一种高热值的气体燃料，主要成份包括CO、H2、CH4等，经加压后输送给各加热炉以提高综合利用效率.

　　焦炉煤气热值计算的分析系统（如图1）是由取样探头（取样单元）、吹扫单元、取样预处理单元、流量调节单元、气路切换单元、气体分析仪器、PLC程序控制单元、模拟量输入输出单元、显示单元、标气单元等部份组成，能够连续测量被测气体组份体积百分浓度，计算出焦炉煤气热值的分析系统。

　　分析系统通过取样探头把焦炉煤气从工艺管道中抽取出来，经过探头三级过滤、预处理增压、稀释、稳压、冷凝除湿、精细过滤获得能够满足气体分析仪器要求的干燥干净的样气，通过流量调节进入热值气体分析仪器测出焦炉煤气中CO、H2、CH4组份的体积比（百分含量），系统整个工作过程都通过可编程控制器（PLC）来实现自动控制，各组份体积比（百分含量）对应的4～20mA电流信号接入PLC模拟量输入输出模块，由于CO、H2、CH4的各个组份具有不同的热值，根据组份体积比（百分含量）与对应的单一组份热值之间存在的关系，通过搭建数学模型，经过数学公式运算即可获得焦炉煤气的热值。热值的计算过程通过可编程控制器（PLC）软件编程实现。各个组份的体积比（百分含量）对应的电流信号通过可编程控制器（PLC）从PLC模拟量输入输出模块不断读取，经过计算得到在线焦炉煤气的热值，热值量对应的模拟4～20mA电流信号通过PLC模拟量输入输出模块传送到CCR系统中，同时通过液晶显示屏可直观地监测到各个组份体积比（百分含量）值及热值量（Kcal/NM3）。实践证明，使用气体组份体积比（百分含量）计算热值所得到的结果与直接燃烧法热值仪测量出的结果趋势基本一致，但计算热值要比热值仪的测量输出对过程变化的响应要快很多，热值仪输出值的滞后时间约6分钟左右，计算热值几乎没有滞后时间。

　　2.3实现系统热值计算的步骤

　　2.3.1焦炉煤气热值计算数学模型的搭建

　　分析系统通过红外线和热导气体分析仪器可测得焦炉煤气中各组份的体积比（百分浓度）值，根据组份体积比（百分浓度）与对应的单一组份热值之间存在的关系，搭建数学模型，获得数学公式，然后通过数学公式运算即可获得焦炉煤气的热值。

　　2.3.2使用可编程控制器（PLC）计算热值并输出

　　热值数学公式通过可编程控制器（PLC）软件编程来实现计算功能。

　　（1）组份含量对应的4-20mA电流转换为实际值PLC可编程控制器模数转换后的数字值低3位和高位为0，右移3位后，0-20mA的电流对应0-4096的数字，因此，4-20mA对应819-4096。假设实际值的零点为ZERO，量程点为SPAN，实际的模数转换值为COUNT。

　　实际值=（SPAN-ZERO）x（COUNT-819）/4096-819

　　（2）实际值转换为4-20mA电流，PLC可编程控制器模数转换需要的数字量在数字的第4-14位，其它位为0，因此，分辩率为11位，模拟输出的范围为0—32000，即2进制的0—0000 01111101 0000 0000。右移4位后为0-2000，因此，可以认为0-20mA的电流输出与0-2000对应，4-20mA与400-2000对应。假设实际值的零点为ZERO，量程点为SPAN，实际值为VALUE。式中将VALUE扩大100倍是因为在PLC中的计算为整数计算，为提高计算精度！

　　{(2000−400)×(VALUE×100)/(SPAN−ZERO)×100}+400

　　2.3.3焦炉煤气组份体积比（百分浓度）及热值（Kcal/NM3）的显示，通过可编程序控制器（PLC）的编程，把焦炉煤气的组份体积百分浓度和热值量在文本显示器上显示，以使用户更直观地监测到焦炉煤气中各组份的体积百分渡度值和热值量，更好的控制焦炉煤气的燃烧状况。

　　2.3.4焦炉煤气热值计算的分析系统已在诸多大型冶金企业投入使用多套，实践证明，本系统响应时间短、操作方便，直观，数据准确，根据组份体积浓度计算热值的方法得到广。

　　

三、系统技术指标和参数

　　3.5系统主要特点

　　3.51过滤原理创新，根本解决焦油堵塞问题。

　　3.5.2采用自主创新专利技术取样探头，反吹清灰、焦油等，解决杂质板结问题。

　　3.5.3系统具有在线取样分析功能，响应速度快，确保连续在线分析。

　　3.5.4系统为全干法过滤，取样不失真，分析准确。

　　3.5.5真正完全无人管理的全自动化系统。

　　3.5.6热值直观显示，时时观察热值变化。

　　3.5.7采用触摸屏界面程序控制，可以通过触摸屏随意随时修改PLC程序内的各个参数。

　　3.6系统安装技术要求

　　3.6.1为系统能实时反映工况、减少滞后、安全。取样点与分析柜之间距离应尽可能短，一般不超过20米。

　　3.6.2分析柜采用外形尺寸：单点2000×800×600。前、后开门，进出管线在分析柜的后面和下面。请留有空间。

　　3.6.3.分析房要求：分析房面积推荐大于3500×4000mm2。房内温度在＋5～45℃范围内。

　　3.6.4.室外温度低于0℃时，室外排水管应有保温防冻措施。

　　

四、系统组成及作用

　　TR-9200型热值分析成套系统是应用于焦炉煤气项目煤气热值分析的在线分析系统，荣获“新产品”称号。该系统技术，测量准确，反应速度快，能长期连续分析被测气体，采用PLC进行自动控制，具有结构合理，运行安全可靠，自动化程度高，维护量少，自诊断保护功能强的特点。

　　5.1分析仪器：

　　TR-9200成套系统所用分析仪器为西安聚能仪器有限公司引进进口传感器技术制造的气体分析仪，该仪器测量，性能可靠，。

　　分析仪表单元采用西安聚能仪器有限公司的JNYQ系列型分析仪，完成样气CH4、CO、H2在线连续分析。分析仪的传感器为引进国外公司的技术制造，性能稳定可靠，响应时间快，智能化程度高。

　　分析参数：一氧化碳、甲烷、氢气（热值）

　　5.1.1 JNYQ-I-91型多组份（含红外线）分析仪，能连续检测流程气样中待测组份一氧化碳和甲烷的体积浓度。采用进口光源和检测器的传感器技术，的提高了仪器的稳定性。

　　仪器特点

　　一氧化碳和甲烷采用不分光红外分析原理:

　　高稳定性红外光源：光源灯丝采用特殊铠装工艺，延长了使用寿命:

　　单气室结构接收器，电容式精密传感器检测输出，仪器稳定性好:

　　测量气室镀金耐腐蚀，特的洐磨工艺，内壁达到镜面光洁度:

　　仪器部件单元化,维护、检修方便:

　　报警输出（上、下限极值报警）:

　　标准信号隔离输出4—20mA

　　主要技术性能

　　零点漂移：≤±1%FS/7d

　　量程漂移：≤±1%FS/7d

　　测量范围：CO：0～10%；CH4：0～30%

　　重复性误差：Cv≤0.5%

　　线性误差：≤±1%FS

　　预热时间：30min

　　响应时间：≤5s

　　输出信号：4～20mA≤750Ω

　　5.1.2 JNYQ-I-91型多组份（含热导氢）分析仪采用不同气体的热导率不同的物理测量方法连续测量的工业固定式现场安装仪器，能连续自动检测流程气样中待测组份氢气的体积浓度。

　　仪器特点

　　特的传感器设计，恒温控制，响应快，线性好，稳定性高

　　薄膜按键操作（零点、满度、线性校准、参数设置等），操作灵活方便

　　故障自诊断功能

　　仪器部件单元化，维护、检修方便

　　报警输出（上、下限极值报警）

　　标准信号隔离输出4—20mA

　　铸铝合金机箱

　　部件单元化，维护、检修方便

　　主要技术性能

　　零点漂移：≤±1%FS/7d

　　量程漂移：≤±1%FS/7d

　　测量范围：H2：0～60%

　　线性误差：≤±1%FS

　　重复性误差：Cv≤±1%

　　输出波动：≤±1%FS

　　●预热时间：30min

　　响应时间：T90≤12s

　　输出信号：4～20mA≤750Ω