转炉煤气回收激光分析仪替代抽取式分析仪可行性分析

一、转炉煤气回收工艺背景介绍

转炉是炼钢厂的重要组成部分。转炉冶炼燃烧反应产生的炉气具有周期变化的特征，每炉次冶炼的周期为半小时左右，其中冶炼中期的10分钟左右产生的炉气中 含有较高的CO，其回收利用具有很高的经济价值，一般每吨钢可回收煤气80-160m3，其回收的关键在于回收时间和煤气热值的控制。国内钢厂较多使用在 线取样分析仪系统进行煤气回收，转炉产生的烟气温度高达1200℃左右，经蒸 发冷却器（EC系统）、电除尘器(ESP系统)除尘，再通过煤气冷却器(GC系统)降温后才可回收利用。转炉煤气中的CO达到一定浓度，一般是28%以 上，即打开气体切换站的回收侧盅形阀进入煤气柜储存，否则经过放散侧盅形阀通过放散塔点火燃烧；煤气柜前的O₂激光分析保证煤气柜内O₂含量超标后启动应 急预案，保证系统的稳定性和安全性， 煤气柜中合格的煤气才可送给用户使用。

为了有效、安全地回收转炉煤气，在煤气柜前安装了三阀组，可以控制煤气的回收或放散。判断的依据有三点：

（1）O₂ 含量低于2%。过多的氧气会使煤气柜内气体接近爆炸下限，使整个气柜乃至厂区处于非常危险的境地，必须严格控制回收气体内的氧气含量，一旦高于2%，三阀组将气体放散。

（2）CO 含量大于35%。回收转炉煤气是为了利用其中大量的可燃成分（主要是CO），分析CO 的含量，可以确保回收高质量的气体作为二次能源。

（3）气柜内仍有空间存放煤气。对于整个煤气的回收控制，O₂、CO 的分析

结果至关重要，必须满足准确、快速的要求，这不仅是从工艺控制优化的角度出发，更关系到安全生产。

因此高炉煤气回收，必须要安装在线O₂，CO分析仪来确保煤气回收工艺的实现。

二、使用激光气体分析仪给企业带来的的经济效益分析

山西国惠华光科技的GH-LGA-D20原位激光气体分析仪直接安装在煤气管道分析，无需采样、样气输送、预处理系统等，响应速度可达1 秒。图4 为传统抽取式红外分析仪与激光气体分析仪的分析结果比对图。

备注：“黄线”抽取式测量法，响应时间滞后严重44s

“黑线”激光响应时间极快，1s

从图中不难发现：

GH-LGA-D20 响应速度远优于抽取式分析仪数40多秒钟的差异对于整个工艺过程（15-20 分钟）有着天壤之别，可提高有效煤气回收量，增加企业经济效益。

我们以XX钢铁为例，算一笔账：

XX钢铁有2台转炉，煤气流量为500-700立方/分钟，炼钢周期是每15分钟一炉，每炼一炉钢煤气回收时间为8分钟。假设每回收一次煤气使用激光分析仪之后，由于激光分析仪响应时间比目前的抽取式分析仪响应时间缩短44秒，一次煤气回收可多回收煤气44秒。

一次回收可多回收煤气为：600立方/60*44=440立方

假设每15分钟回收一炉，每天可回收96炉，每天可多回收煤气：

96*440=4.2万立方

假设每立方煤气价格0.1元：每天每个炼钢转炉可多产生经济效益：4200元，2台转炉煤气回收每天可多产生经济效益8400元，即使按照理论值得50%计算使用激光气体分析仪之后一年可给企业额外产生经济效益约：150万元/年。

该计算还未考虑，使用抽取式分析仪的配件费，维护人工费等，每年大约2-3万元。使用激光气体分析仪之后，由于设备没有耗材，无需维护，每年2-3万元的设备配件费也可省下。

三、传统抽取式气体分析系统方案有如下缺陷：

（1） 数据分析有明显滞后性，因为数据分析单元作出分析前，需要经过样气抽取、传输、水洗油洗、冷凝、干燥等多个环节，时间滞后约45秒以上。如果突发故障导致氧含量蹿升，不能迅速作出分析，及时联动紧急停车动作，有潜在安全风险。

（2） 数据分析延迟，造成煤气回收量减少。分析数据不准确造成煤气放散浪费或者不合格回收造成回收的煤气热值降低，都造成经济损失。

（3） 样气预处理环节多，导致故障率高，特别是红抽取外式不能适应湿法除尘的工艺要求，含水量大造成气路堵塞，分析仪不能正常工作。

（4） 运行费用高：预处理系统维护太过频繁，经常损坏，维修频繁，需备品备件等耗材，此费用一年约3万元。况且备件耗材供货不能及时到位。

（5） 维护量大，需要投入大量人力资源频繁维护，维修。

由于现有设备技术局限性。抽取式红外式气体分析仪升级为原位分析系统已经是钢铁业主流，我国山东河北江苏等省份90%以上钢铁厂家已经实现了原位激光分析仪的普及。

四、使用激光气体分析仪的安全效益

（1）激光气体分析技术测量灵敏度高。GH-LGA-D20基于TDLAS技术，以激光光谱吸收原理为基本，实现快速的高精检测。。

（2）原位激光气体分析仪响应时间≤1在氧含量超标之后可立即测量响应，对控制系统迅速做出反馈，而抽取式不能立即响应氧含量超标，如某次煤气氧含量较高超标，抽取式分析仪有44秒的滞后，容易把氧含量超标的煤气送入煤气柜，有一定的安全隐患。

（3）原位激光气体分析仪运行可靠稳定，基本可实现免维护。故障率极低，而抽取式分析技术，经常发生气体采样管路堵塞，故障频繁，有很大安全隐患。也影响煤气回收效率。

总上所述，无论从经济效益角度还是企业安全生产保障角度来分析，激光气体分析技术比目前市场上的抽取式气体分析系统具有无法比拟的优势。

应用案例：天津天铁冶金集团、兴泰钢铁、兴源钢铁集团、铭福钢铁 、潍坊特钢等等