西門子在線分析儀器在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

　　3.2.2. 系統(tǒng)構(gòu)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(fù)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(xiàn)場分析管線的兩側(cè)（見圖3）。兩者均采用模塊化設(shè)計，絕大多數(shù)硬件可以互換。天鐵轉(zhuǎn)爐氣體監(jiān)測項目*采用兩套LDS6 設(shè)備，分別在電除塵后監(jiān)測轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO、CO2，和O2。前者用于轉(zhuǎn)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(yīng)能力。同時，中央處理單元利用復(fù)合光纜內(nèi)集成的雙絞線完成對探頭的供電，無需

　　現(xiàn)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(xiàn)場的使用要求。

　　圖3.激光分析儀LDS 6在煉鋼上的應(yīng)用

　　3.2.3. 系統(tǒng)完成的功能

　　由鐵礦石煉鋼需經(jīng)過高爐煉鐵與轉(zhuǎn)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(zhì)，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(shè)備就是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。氧氣由水冷噴頭吹入，鐵水中的碳在反應(yīng)區(qū)直接氧化成CO 氣泡，在碳低時是由于部分碳反應(yīng)生成CO2。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)爐脫碳的工藝進程與結(jié)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(zhuǎn)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(jié)果，更要具有快速的響應(yīng)時間。否則對于整個工藝的控制與優(yōu)化沒有實際意義。

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

　　為了有效、安全地回收轉(zhuǎn)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(jù)有三點：（1）O2 含量低于2%。過多的氧氣會使煤氣柜內(nèi)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(nèi)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%。回收轉(zhuǎn)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|(zhì)量的氣體作為二次能源。（3）氣柜內(nèi)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(jié)果至關(guān)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(guān)系到安全生產(chǎn)。

　　LDS6 原位式激光氣體分析儀直接在待側(cè)管線分析，無需采樣、樣氣輸送、預(yù)處理系統(tǒng)等，響應(yīng)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(jié)果比對圖。從圖中不難發(fā)現(xiàn)：（1）LDS6 響應(yīng)速度遠優(yōu)于抽取式分析儀，數(shù)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(jié)果更能體現(xiàn)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(nèi)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(diào)諧二極管激光吸收譜）技術(shù)，以譜吸收原理為基本，實現(xiàn)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(shù)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(cè)成分的實際含量及微小變化。