西門子在線分析儀器在鋼鐵行業(yè)中的應用

　　3.2.2. 系統(tǒng)構成

　　LDS6 激光氣體分析儀采用原位測量（in-situ）方式，無需采樣與樣氣處理系統(tǒng)，直接在安裝點完成分析。整個系統(tǒng)由中央處理單元、發(fā)射探頭、接收探頭與復合光纜組成。激光光源位于中央處理單元中，所發(fā)激光由光纜傳至發(fā)射探頭，激光穿過被測氣體后被接收探頭檢測。檢測信號傳回中央處理單元進行處理、分析與顯示。中央處理單元還承擔人機工作界面和輸入輸出的功能。LDS6 的發(fā)射探頭與接收探頭直接安裝于現場分析管線的兩側（見圖3）。兩者均采用模塊化設計，絕大多數硬件可以互換。天鐵轉爐氣體監(jiān)測項目*采用兩套LDS6 設備，分別在電除塵后監(jiān)測轉爐煤氣中的CO、CO2，和O2。前者用于轉爐工藝的優(yōu)化與控制后者出于煤氣回收安全目的。

　　兩套LDS6 用于CO、CO2，以及O2 的測量西門子LDS6 激光分析儀選擇使用光纜傳輸信號，可以利用光纜的模式選擇進一步確保信號“純凈”，提高測量系統(tǒng)的抗電磁干擾能力、惡劣環(huán)境的適應能力。同時，中央處理單元利用復合光纜內集成的雙絞線完成對探頭的供電，無需

　　現場再對探頭提供電源。光纜外部的保護層使得其滿足工業(yè)現場的使用要求。

　　圖3.激光分析儀LDS 6在煉鋼上的應用

　　3.2.3. 系統(tǒng)完成的功能

　　由鐵礦石煉鋼需經過高爐煉鐵與轉爐煉鋼兩步，鐵礦石由高爐熔成鐵水，因為鐵水里含有氧、硫、磷等雜質，需要進一步去除。煉鋼的過程就是脫碳（脫氣）、去硫去磷，以及后期脫氧和升溫的過程。最常用的煉鋼設備就是氧氣頂吹轉爐。氧氣由水冷噴頭吹入，鐵水中的碳在反應區(qū)直接氧化成CO 氣泡，在碳低時是由于部分碳反應生成CO2。轉爐氣體中含有大量的CO，少量CO2 及微量的其他成分高溫氣體。氣體分析儀在轉爐氣體的分析中主要監(jiān)測CO 和CO2，它們的含量以及變化趨勢可以作為重要信息直接反饋：（1）轉爐脫碳的工藝進程與結束時間；（2）鋼水的溫度等信息；（3）造渣過程的情況。由于整個轉爐煉鋼過程只有15-20 分鐘，要求分析儀表除卻準確的分析結果，更要具有快速的響應時間。否則對于整個工藝的控制與優(yōu)化沒有實際意義。

　　轉爐氣體中含有大量的可燃成分，可以回收進行再次利用，在回收過程中須注意防爆。如果煤氣中的氧含量過高，易使氣體超過爆炸下限，對設備及人員安全十分不利，必須在煤氣回收過程中時刻監(jiān)測其中的氧含量，一旦超出某一設定值，必須迅速采取措施，以防事故發(fā)生。對于煤氣中的氧含量監(jiān)測也必須達到準確、快速的要求，既可以在生產安全的前提下盡可能多地回收氣體，又能在危情發(fā)生之際迅速報警，避免人員物力的損失。

　　在天鐵的轉爐煤氣監(jiān)測、回收的應用中，分析儀的安裝選點位于電除塵之后，分析轉爐氣體的CO、CO2 和O2 含量。CO、CO2 的含量用于反映轉爐的脫碳信息。CO、O2 的含量用于煤氣回收的判別依據，分析結果控制一個三閥組。

　　為了有效、安全地回收轉爐煤氣，在煤氣柜前安裝了三閥組，可以控制煤氣的回收或放散。判斷的依據有三點：（1）O2 含量低于2%。過多的氧氣會使煤氣柜內氣體接近爆炸下限，使整個氣柜乃至廠區(qū)處于非常危險的境地，必須嚴格控制回收氣體內的氧氣含量，一旦高于2%，三閥組將氣體放散。（2）CO 含量大于35%?；厥辙D爐煤氣是為了利用其中大量的可燃成分（主要是CO），分析CO 的含量，可以確?；厥崭哔|量的氣體作為二次能源。（3）氣柜內仍有空間存放煤氣。對于整個煤氣的回收控制，O2、CO 的分析結果至關重要，必須滿足準確、快速的要求，這不僅是從工藝控制優(yōu)化的角度出發(fā)，更關系到安全生產。

　　LDS6 原位式激光氣體分析儀直接在待側管線分析，無需采樣、樣氣輸送、預處理系統(tǒng)等，響應速度可達1 秒。圖4 為傳統(tǒng)抽取式紅外分析儀與LDS6 激光氣體分析儀的分析結果比對圖。從圖中不難發(fā)現：（1）LDS6 響應速度遠優(yōu)于抽取式分析儀，數十秒鐘的差異對于整個工藝過程（15-20分鐘）有著天壤之別。（2）LDS6 的結果更能體現工藝過程中氣體含量變化的細節(jié)。LDS6 激光氣體分析儀是激光分析儀是典型的線測量儀表，激光束所穿過區(qū)域內的氣體均參與分析。比傳統(tǒng)抽取式分析的點采樣方式更能反映待測成分的真正濃度。 LDS6 基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectros copy，可調諧二極管激光吸收譜）技術，以譜吸收原理為基本，實現快速的高精檢測。激光區(qū)別于普通光源的最重要特性之一是它良好的單色性能。單色性能越好，光源的頻譜線寬越窄。因為激光卓越的單色性能，激光吸收譜又被稱為單線吸收譜，從根本上排除了傳統(tǒng)氣體吸收譜技術測量某一氣體成分時受到氣體中其它成分吸收譜干擾的可能，更能反映待側成分的實際含量及微小變化。