专利名称：转炉热端烟气在线分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转炉热端烟气在线分析装置，应用在冶金转炉热端以及类似的高
温、高粉尘等恶劣工况下工业炉窑气体连续在线分析的技术领域。
背景技术：
冶金转炉热端烟气取样点不仅高温、多尘、负压、含湿，而且每炉冶炼时间仅为18 分钟左右，由于炼钢工艺要求转炉烟气分析数据要作到实时的快速响应，这就要求样气大 流量的快速传输，随之而来的是烟气中的粉尘量将成倍的增加，加上系统处于负压、高温的 状态下，取样系统极易堵塞，技术难度大，是世界各国气体分析行业多年来存在的技术难 题。 目前国内各大钢铁企业的转炉热端烟气分析装置均为国外原装进口设备，即使是 原装进口的设备，但该装置在国内能够真正在线运行的仍是少之又少。原因分析；一是由于 该工艺采样点条件恶劣，处于转炉高位下料四十多米平台上，环境温度高，粉尘大，平时很 少有人上去作业。炉内烟气温度高达120(TC、含尘达20Kg/Nm3、微负压，取样确实困难；二 是由于该套装置构造复杂，在很多方面不太适应国内的实际工况要求，如高温气体取样探 头的故障率较高，而一旦出现问题将导致取样系统的报废；三是由于我们的岗位维护人员 对进口设备技术上的消化吸收也存在一定问题，很多关键技术和软件程序，外方专家对国 内用户是实行保密的；再加上后期对该套分析装置的故障诊断和处理以及日常维护也跟不 上等多方面的因素，导致该套装置在国内转炉上的应用一直无法推广。

发明内容
本发明的目的是设计一种适合中国国情的转炉热端烟气在线分析装置能够适应 转炉高温、多粉尘且维护量小的高温环境，适用于转炉热端工艺特点的多组份气体分。
本发明的技术方案本发明的转炉热端烟气在线分析装置包括气体取样探头、控 制单元、样气预处理单元、光谱分析单元及其气动系统，设置两个气体取样探头，两个气体 取样探头通过管路连接各自的样气预处理单元，构成两条取样线，两条取样线进入一个样 气精密处理装置，样气精密处理装置的输出与光谱分析单元连接，光谱分析单元通过数据 总线与计算机现场控制单元连接。 所述的样气预处理单元包括一级金属过滤器和一级非金属复合过滤器，两级过滤 器串联。 所述的样气精密处理装置一次包括机械气水分离器、冷凝除水器和可视保护过滤 器。 所述的气动系统包括在两个样气预处理单元之后的第一级加速排放器，在进入样 气精密处理装置之前的第二级加速排放器，在样气精密处理装置之后的第三级加速排放 器。 所述的转炉热端烟气在线分析装置，其两条取样线的一级金属过滤器和一级非金属复合过滤器都设有反吹再生装置。 金属过滤器采用由下至上的进气方式，滤芯过滤孔径由下至上逐步减小，其过滤 精度为5 10 m ;非金属复合过滤器采用由外至内的进气方式，由不同的复合材质组成过 滤精度递增的结构，其过滤精度为1 2iim。
保护过滤器过滤精度《0. 5 ii 。 所述的转炉热端烟气在线分析装置，在进入样气精密处理装置之前的两条取样线 的管路上设有选择阀门，控制两条取样线轮流工作或单独工作。
所述的光谱分析单元采用拉曼激光光谱分析仪。 所述的样气精密处理装置的冷凝除水器对样气进行低温除湿在5°C ±0. 2t:，洁 净样气含水恒定为为8000ppm。 本发明的优点通过转炉热端烟气在线分析装置采用"双线单表"式结构，即两条 取样线轮流进样，供一套分析系统，两套完全独立的取样预处理系统，过滤能力强，再生效 果好，可保证气体取样、过滤系统长期的正常使用。分析系统则采用拉曼激光光谱分析仪， 它具有反应速度快(较色谱)、成本低(较质谱)、便于维护、易于系统集成，最关键的是它 还具有技术成熟，能够适应较恶劣的现场环境。控制单元利用计算机工业控制技术实现系 统的自动取样、反吹再生、备用、维护、故障诊断等程序功能。 本发明的成功应用，在提高转炉终点命中率，精确控制钢中锰、磷含量，减少喷溅、 降低生产成本以及提高产品质量等方面提供了技术保障，是一项很有发展前景的转炉全过 程动态控制技术。 转炉热端烟气在线分析装置在节能降耗的方面也产生了巨大的作用，转炉热端烟 气采样点位于汽化烟道的顶部，而常规烟气采样点位于"冷端"风机后，使煤气回收站的操 作者至少提前20秒获得炉气信息，及时操作回收转炉煤气。另外转炉利用炉气成份数据精 确控制转炉烟罩的升降，以便调整吸入的空气量和炉气成分，提高转炉煤气的质量，实践证 实可提高转炉煤气回收率高达2 5% ， 一年可创效达千万元以上，为转炉工艺"负能炼钢" 提供了有力的保障。 高温、高粉尘工况下的气体连续在线分析的成功应用不仅局限于冶金行业，还可 推广到电力，石油、化工、水泥等工业领域，用于工艺数据监控、产品质量的检测、新产品的 研发、安全监护、节能排放等方面，必将产生更大效益和影响。


图1是本发明的结构原理示意图。
具体实施例方式图1给出了本发明的结构原理 本发明的转炉热端烟气在线分析装置在转炉汽化烟道1上设置两个气体取样探 头2和3，两个气体取样探头垂直插入安装在转炉汽化烟道上两个气体取样探头2和3通过 各自的管路4和5连接各自的样气预处理单元6和9，构成两条取样线，两条取样线进入一 个样气精密处理装置15，样气精密处理装置15的输出与光谱分析单元17连接，光谱分析单 元通过通讯总线18与计算机现场控制单元19连接。
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所述的样气预处理单元6包括一级金属过滤器6a和一级非金属复合过滤器6b，两 级过滤器串联；样气预处理单元9包括一级金属过滤器9a和一级非金属复合过滤器9b，两 级过滤器串联。金属过滤器采用由下至上的进气方式，滤芯过滤孔径由下至上逐步减小，其 过滤精度为5 10 ii m ;非金属复合过滤器采用由外至内的进气方式，由不同的复合材质组 成过滤精度递增的结构，其过滤精度为1 2iim。 所述的样气精密处理装置15包括一次连接的机械气水分离器15a、冷凝除水器 15b和可视保护过滤器15c。可视保护过滤器过滤精度《0. 5 ii 。 样气精密处理装置15主要对洁净样气进行高精密过滤(0.5iO、低温除湿 (5°C 士0.2tO，稳压、稳流等处理过程。以保证分析仪的长期可靠使用。
所述的气动系统包括在两个样气预处理单元之后的第一级加速排放器8和ll，在 进入样气精密处理装置之前的第二级加速排放器14，在样气精密处理装置之后、进入光谱 分析单元之前的第三级加速排放器16。在进入样气精密处理装置之前的第二级加速排放器 14入口的两条取样线的管路上设有选择阀门12、13，以便控制两条取样线轮流工作。
两条取样线的一级金属过滤器和一级非金属复合过滤器都设有反吹再生装置7a、 7b、10a、10b。 所述的光谱分析单元17采用拉曼激光光谱分析仪。 样气精密处理装置的冷凝除水器对样气进行低温除湿在5°C ±0. 2t:，洁净样气 含水为8000ppm。 本发明采用双线轮流取样一备一用的运行方式，自动切换。样气处理系统由各级 过滤处理装置组成，处理后的洁净样气可保证分析仪表长期、稳定运行。
计算机现场控制单元自动控制过滤装置的反吹再生，可保证系统的长期使用。气 体取样探头与过滤器反吹再生采用蓄能暴发的方法，即将氮气(吹扫气源)憋至待吹扫装 置(探头、过滤器)达到恒定压力，通过快速动作的气动控制单元，瞬间开启产生强大爆发 力，将过滤样气的粉尘及残留水完全排除，使取样探头与过滤器具有强大的再生能力。
本发明根据转炉热端烟气分析的特定工艺而设计，配以各级加速排放器对样气的 流量调节，计算机现场控制单元实现样气的流量监测、湿度报警监控以及加速排放器泵的 低压自动连锁等控制功能，以保证分析仪表对转炉热端烟气中C0、C02、02、S02、H20、H2、N2等 气体含量的连续检测。 本发明中的光谱分析单元采用拉曼激光光谱分析仪，它是利用拉曼衍射原理专用 于气体测试的一种仪器，拉曼激光光谱分析仪的核心部分是一个激光检测装置。它可以发 射一种安全的低功率623纳米单波激光到一个气体测试腔内。光子与气体分子发生碰撞后 的光子能量对每一种分子都是不同而且是特有的能量级，采用光学滤波器和光传感器来检 测光的强度和特定的频率，从而得到待测气体成分含量。 过程信号通过现场通讯总线进行采集，计算机现场控制单元完成阀门、控制按钮、 信号指示灯、传感器等设备的测控，同时与外部转炉主体计算机的通讯使用以太网方式，实 现与转炉生产工艺数据的交换，完成转炉热端烟气在线分析装置与转炉生产工艺的同步控 制以及实时数据通讯的功能。 整套取样系统采用全不锈钢结构，系统简洁可靠。本发明是无需油冷、水冷高温预 处理装置和拉曼激光光谱分析仪相结合的全自动转炉热端烟气分析系统。该装置的系统滞后时间为13秒，而国外进口设备的系统滞后时间为15秒。
本发明的转炉热端烟气在线分析装置的特征步骤在如下 (1)采用两套高温取样探头自动或手动切换在线采集转炉汽化烟道中的高温样 气； (2)采用一级金属过滤器将高温含尘样气处理成为含尘《10.0iim，温度
《200°C ，并具有独立的滤尘排放装置，保证过滤器可以再生，能够重复使用。 (3)采用一级非金属复合过滤器进一步将样气处理成为含尘《2.0iim，温度
《80°C ;并具有独立的滤尘排放装置，保证过滤器可以再生，能够重复使用。 (4)采用气路控制装置自动切换两路气路，通过气泵抽取、第二级加速装置、机械
除水、冷凝器5t:急速降温除水、最终通过可视保护过滤器和第三次加速后进入拉曼激光光
谱分析仪。最终保证样气含尘小于0.5ii ;含水8000卯m洁净样气。 (5)整套系统采用三级加速排放装置以保证系统的高速反应速度，第一级在样气 预处理单元后，以补偿两级过滤器的气容2000L/h，提高系统反应速度；第二级为系统主抽 气动力，保证将取样系统的样气抽入到样气精密处理装置和拉曼激光光谱分析仪，并保证 1000L/h ;第三级安装在分析仪表入口前，以补偿分析仪表柜内组件的气容500L/h，保证进 入分析仪表气压接近大气压，满足仪表进气压力要求。 (6)采用拉曼激光光谱分析仪对样气中所需检测成份的体积含量(X或ppm)进行 分析检测； (7)计算机现场控制单元采集拉曼激光光谱分析仪对样气的检测分析数据气体积 含量(X或ppm)，并将检测出的各种气体成份的体积含量转换成对应的标准电量，在本地 工作站上显示、打印，同时通过系统总线送往转炉PLC和上位机，通过以太网通讯的方式传 送给主控室和用户。 样气处理系统各过滤器在运行一段时间后将定期进行自动吹扫。吹扫周期也可任 意设定。
权利要求
一种转炉热端烟气在线分析装置，包括高温气体取样探头、计算机现场控制单元、样气预处理单元、光谱分析单元及其气动系统，其特征在于设置两个高温气体取样探头，两个高温气体取样探头通过管路连接各自的样气预处理单元，构成两条取样线，两条取样线进入一个样气精密处理装置，样气精密处理装置的输出与光谱分析单元连接，光谱分析单元通过数据总线与计算机现场控制单元连接。
2. 根据权利要求1所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于样气预处理单元 包括一级金属过滤器和一级非金属复合过滤器，两级过滤器串联。
3. 根据权利要求1或2所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于样气精密处 理装置包括依次串联的机械气水分离器、冷凝温降除水器和可视保护过滤器。
4. 根据权利要求1或2所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于气动系统包 括在两个样气预处理单元之后的第一级加速排放器，在进入样气精密处理装置之前的第二 级加速排放器，在进入光谱分析单元之前的第三级加速排放器。
5. 根据权利要求2所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于两条取样线的一 级金属过滤器和一级非金属复合过滤器都设有反吹再生装置。
6. 根据权利要求2所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于金属过滤器采用 由下至上的进气方式，滤芯过滤孔径由下至上逐步减小，其过滤精度为5 10 i！ m ;非金属复合过滤器采用由外至内的进气方式，由不同的复合材质组成过滤精度递增的结构，其过滤精度为1 2 ii m。
7. 根据权利要求1或2所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于在进入样气精密处理装置之前的两条取样线的管路上设有选择阀门。
8. 根据权利要求1或2所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于光谱分析单元采用拉曼激光光谱分析仪。
9. 根据权利要求3所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于样气精密处理装置的冷凝除水器对样气进行低温除湿在5°C ±0. 2t:，洁净样气含水为8000卯m。
10. 根据权利要求3所述的转炉热端烟气在线分析装置，其特征在于样气精密处理装 置中的可视保护过滤器的过滤精度《0. 5ii 。
全文摘要
本发明提供一种转炉热端烟气在线分析装置，包括高温气体取样探头、计算机现场控制单元、样气预处理单元、光谱分析单元及其气动系统，其特征在于设置两个高温气体取样探头，两个高温气体取样探头通过管路连接各自的样气预处理单元，构成两条取样线，两条取样线进入一个样气精密处理装置，样气精密处理装置的输出与光谱分析单元连接，光谱分析单元通过数据总线与计算机现场控制单元连接。样气预处理单元包括一级金属过滤器和一级非金属复合过滤器，两级过滤器串联。样气精密处理装置包括机械气水分离器、冷凝除水器和保护过滤器。气动系统包括在两个样气预处理单元之后的第一级加速排放器，在进入样气精密处理装置之前的第二级加速排放器，在进入光谱分析单元之前的第三级加速排放器。
文档编号G01N1/28GK101788486SQ20101011892
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者张伟国, 汪洪, 连承忠, 郑晶, 马志刚 申请人:武汉钢铁(集团)公司