宁钢高炉热风炉燃气热值仪成功应用

摘要：高炉-热风炉燃气热值仪，原采用进口成套燃气预处理分析系统，由于仪表燃烧室经常出现熄火现象，导致热值信号数据显示异常，工艺操作不能及时控制混合煤气比例，造成能源浪费现象，同时存在安全隐患，设备功能缺失，针对现状，我们把存在问题与相关厂家进行技术交流，并确定技术改进方案，通过对热值仪表控制系统及现场不合理状况，进行技术改造，取得成功。

关键词：高炉-混合煤气、燃烧热值、降耗节能。

中图分类号：TE08文献标识码： A

1.前言

高炉-混合燃气热值是高炉生产的重要工艺参数，改造前使用国外进口成套燃气预处理分析系统，使用过程中燃烧室经常出现熄火，主要原因是目前混合煤气，根据化验数据热值在3200 kJ/m3左右，而原设备根据技术协议要求，热值在 （2900～42000） kJ/m3范围内，混合煤气能正常燃烧，但由于我厂热值根据化验数据，热值参数处于下限值，运行时就经常出现熄火现象;通过相关技术参数调整，效果甚微；从中引发一系列隐患存在，主要有以下几点：

（1）燃气间断性熄火，控制系统异常。

（2）存在一定安全隐患。

（3）数据异常，工艺缺乏参考数据，不能合理控制转炉煤气和焦炉煤气量，能耗增加。

（4）自动烧炉缺少稳定的参考数据。

（5）仪表设备功能缺失。

针对现状我们把存在问题与相关厂家进行技术交流，借鉴冶金行业其它厂经验，确定技术改进方案，对热值仪表控制系统及现场不合理状况，进行技术改造，恢复设备正常功能。

2.改进型热值（指数）仪系统组成及工作原理

由于在线检测混合煤气热值对工艺操作有重要影响，一旦煤气熄火，信号出现异常时，给操作增加难度，不利于自动烧炉，根据现场状况，分别与目前使用的厂家及国内专业厂家进行技术交流，查找实际使用过程中运行不稳定原因，进行分析，通过集思广益各方经验，认为要保证煤气低热值时能正常燃烧，整个预处理是热值仪连续运行的关键，而改进后的设备通过对燃气、空气系统的独特设计和水洗系统的连续工作，大大减小了外界因素影响，从而保证了仪表连续稳定地工作。

2.1系统介绍

改进后KZ-2000-A型热值（指数）仪系统组成见图1所示：

图1热值（指数）仪系统组成图

2.2 系统原理

KZ-2000-A型热值（指数）仪测量热值和热值指数基于一个简单的原理：对被测燃气和助燃吸热空气净化稳压处理，将燃气与空气、恒压差和恒温，并按一定比例充分混合、燃烧，在燃烧装置上用专用检测元件测量燃烧室出气温度与进气温度之差，通过计算得出燃气的华白指数和热值，通过标定确保其测量精度。

定量燃气与定量空气混合燃烧后，燃烧的发热量使得参与燃烧的介质温度升高ΔT，ΔT可用下式表示：

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（1）

式中：H――燃气的发热量（热值）kJ/m3

Fg――燃气的流量m3/h

Cps――燃气燃烧后和吸热空气组成的混合气体的

定压比热kJ/（m3・℃)

Fs――燃气燃烧后和吸热空气组成的混合气

体的流量m3/h

基于以上原理，测得温差、空气差压和燃气差压，并用工控机控制，使差压和流量比稳定到设计值，同时工控机计算燃气的热值指数。计算系数K为理论计算值，在仪表标定时校准，如果需要得到热值，根据工艺介质成份的百分组份或密度计信号，通过微机计算后，在画面上即可显示热值。分析以上推导过程，可得出以下几点结论：

（1）．当流量与配比不变时，热值指数W．I与温差ΔT成正比。

（2）．当燃气相对密度恒定不变时，根据热值指数计算，即可显示热值。由于燃气的密度、比热与温度、压力有关，当燃气实际温度、压力与设计值不同时，将引入附加误差。为此，我公司在设计中采用燃气与空气介质的压力、差压、温度的恒定和尽可能降低散热量的同时，采用窗口界面软件进行在线状态修正和补偿，保证测量数值准确和可靠。

（3）．测量单一燃气，根据热值指数和密度信号或百分成份数据，计算机在线计算后显示热值。

（4）．标定仪表时，选用标有热值和华白指数值及成份的标气。

（5）．现场使用时可根据提供的样气热值或热值指数值和标准状态下的密度，由微机进行校正。

3.系统特点

3.1化学物理燃气净化

3.1.1燃气净化

燃气进入仪表后，经过稳压筒、水洗筒、化学去污筒、冷凝器、干燥过滤器、减压稳压阀、调节阀等一系列过滤净化设备后，最终达到了预热燃烧，这么多的环节里每一个环节都起着关键性的作用。

整个预处理是热值仪连续运行的关键，通过对燃气、空气系统的独特设计和水洗系统的连续工作，大大减小了外界因素影响，从而保证了仪表连续稳定地工作。

3.1.2空气净化

空气系统由过滤器、风机、减压稳压阀、整流器、恒温箱、空气孔板等部件组成。

由于现场压缩空气质量难以保障，常带大量水蒸汽、油污、粉尘等杂质，易造成仪表堵塞， 所以采用自产压缩空气，首先，空气经过过滤器过滤，进入仪表自备风机经减压稳压过滤，通过恒温箱进入空气孔板。整个回路中，风机转速自动控制，可使压缩空气流量达到给定要求，压缩空气经恒温箱恒温使其达到混合燃烧要求。

整个预处理是热值仪连续运行的关键，通过对燃气、空气系统的独特设计和水洗系统的连续工作，大大减小外界因素影响，保证仪表连续稳定地工作。

3.2在线连续自动检测

针对燃气脏、杂质多，燃气压力波动范围大，环境温度变化较大，热值（指数）仪难以长期运行的情况，除强化去污能力的同时，采用了先进可靠的进口压力、压差传感器，国产成熟实用的温度、温差测量元件。对燃气的入口压力、燃气的制冷温度、孔板前压力、孔板压差、燃气入燃烧室温度，空气孔板前压力、孔板差压、孔板后介质温度、燃烧温差等参数进行在线连续监测或控制。同时，增设稳压装置，将超压燃气自动排放后，使燃气压力保持在一定范围。这样，不仅减少了熄火、火焰波动、燃烧不良等现象，而且实现了较强的仪表自诊断功能，为及时维护提供方便，使仪表能在线自动监控，并达到长期连续运行目的。

3.3空气预热定温控制

对空气通过电加热器加热，由工控机控制温度，使空气温度达到设计值，燃气样气通过电子制冷，温度也得到了相应控制。最大限度地减少外界环境温度变化对热值测量的影响。

3.4流量自调配比恒定

已减压和压力较稳的燃气样气和空气，经孔板、差压传感器检测出流量信号，送入工控机专用模块，采用智能控制技术，使燃气样气与空气差压控制在给定值P给±5Pa以内，确保燃气空气配比恒定，使燃气在燃烧室正常燃烧。

3.5自动点火充分燃烧

当燃气样气与空气进入燃烧室后，在工控机自动控制下，自动点火，自动燃烧。仪器标定时如果燃烧不良，可人工微调一次空气调节旋钮，使燃气样气燃烧到最佳状态。

3.6热值指数测量精确

在设计中除增设了压缩制冷和电加热器加热，并恒温控制装置外，对低热值型热值仪还在燃烧咀处增设了燃气预热装置，确保了自动点火的可靠性。

燃气样气压力经稳压筒粗稳后，再经减压稳压伐细调和电动调节阀微调，使燃气样气孔板差压达到设计给定值；采用风机调速技术确保空气孔板压差达到设计给定值；并严格控制燃气与空气的配比，确保燃气与空气在燃烧室充分燃烧。

设计中，采用精密热电偶测出燃烧介质的温升，并在火焰上增设多孔隔离罩，使被检测的温度场均匀，进而提高燃烧介质燃烧前后的温差测量精度。

设计中，采用工控机智能控制技术，使仪表在模数转换中产生的线性化误差进行在线修正，使燃烧温差的测量精度控制在±1℃。

3.7异常关气安全可靠

为确保仪表安全运行，设计中设置失电时燃气自动关闭功能，增设安全阀，当系统在断电时燃气自动关闭不泄漏，提高了设备在使用上的安全性。

4、降耗节能情况

进口热值仪由于工艺介质指标不能满足要求，使得系统运行不正常，信号失真；设备通过技术改造后，在低热值纯高炉煤气条件下，热值仪工作正常，连续在线检测并输出热值信号变化值，满足设备功能精度要求，取得以下效果：

4.1提供了稳定可靠数据，工艺操作人员根据热值量变化情况，更加合理配比混合煤气，为节能降耗提供参考依据。

4.2使用纯高炉煤气进行试验使用，即热值在2900 kJ/m3时，也能正常燃烧，确保低热值能正常投运。

4.3热值仪采样点重新定位，取在煤气换热器后，确保高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气能充分混合，确保采样位置的合理性和数据准确性。

5.结束语

国内热值仪在宁钢应用成功，我们觉得并非进口产品就是可靠，只有满足工况要求，安全性能符合标准，达到长期连续运行目的，并提供准确可靠数据，真正做到物有所值。