高炉煤气气体分析-气体分析系统

本文将从高炉煤气的产生、净化原因及方法、其危险性以及我们针对高炉煤气研制的气体分析系统、气体分析原理及应用领域七个方面对高炉煤气气体分析展开介绍。

1.高炉煤气的产生过程及成分

高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的一种副产品。焦炭和喷吹物在风口前燃烧，在高温状态下，过剩的碳元素和氧气发生化学反应产生二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙热的焦炭产生一氧化碳，一氧化碳在上升的过程中，还原了铁矿石中的铁元素，使之成为生铁，这就是炼铁的化学过程。铁水在炉底暂时存留，这时候在高炉的炉气中，还有大量的过剩的一氧化碳，这种混和气体，就是“高炉煤气”。它的主要成分为CO、CO2、N2、H2、CH4（甲烷）等，其中可燃成分CO含量约占25%。H2、CH4的含量很少，CO2,N2的含量分别约占15%,55%。

 2. 高炉煤气净化的原因及方法介绍

从高炉炉顶排出的煤气含尘量很高，如果不进行除尘和清洗，这种煤气是没有使用价值的，因为大量含尘的煤气在燃烧时，会将化工焦炉燃烧室格子砖，高炉热风炉蓄热室格子砖及轧钢厂加热炉烧阻，烧结机点火器堵塞，同时在长途输送途中，也会造成管道堵塞，冲刷、腐蚀管壁，使得整个系统维护量加大、维护费用大增，甚至影响生产。所以，高炉煤气必须经过除尘净化后才可以回收利用，除尘净化分为湿法和干法两种工艺流程。

从高炉煤气的除尘、清洗发展来看，其工艺流程随着科学技术进步，设备改造也在不断发展。目前新建中小高炉基本上采用干法除尘工艺。而大型高炉煤气清洗工艺基本上有两种：即高炉煤气干法除尘与湿法除尘。或两种工艺兼而有之。而湿法除尘又有塔文工艺、双文工艺和比绍夫等工艺方法。本文对采取干法除尘的高炉煤气净化及回收工艺简要描述

3.高炉煤气干法净化及回收工艺

高炉煤气干式布袋除尘系统主要包括三部分：煤气系统、反吹系统、排灰输送系统。工艺示意图如上图。

煤气系统。高炉产生的0.1-0.25MPa、100-250摄氏度荒煤气（荒煤气是指含尘煤气）首入重力除尘器，在重力除尘器内将较大颗粒进行沉降，半净煤气出重力除尘器后经管道进入布袋除尘机组，半净煤气在温度处于80-300摄氏度范围内时，进入布袋除尘器，由于滤袋的过滤作用，煤气透过滤袋进入净煤气主管，灰尘留在滤袋外，经过除尘后的高炉煤气进入净煤气总管，经TRT发电或调压阀组减压至10-15kPa后进入净煤气管网。

反吹系统。半净煤气进入布袋除尘器后，在滤袋的作用下灰尘被挡在滤料外侧，灰尘越积越多，过滤阻力不断增大。当阻力增大或时间到一定值时，电磁脉冲阀启动，进行脉动喷吹清灰，喷吹气采用氮气，清理的灰尘落入灰斗。

排灰输灰系统。反吹下来的灰尘落入除尘器灰斗，当灰斗中的灰尘积累到一定量（由料位计控制或时间控制）时，经卸灰球阀输入中间灰斗，中间灰斗设有高低料位，当达到高料位时，开启输灰系统并加湿后由汽车外运。

4.高炉煤气主要风险特性

冶金煤气易燃、易爆、易中毒，决定了煤气事故灾害的大规模性，表现为着火、爆炸和毒物逸散等可能引起群死群伤的三大现代灾害形式，煤气是混合物，由于成分不一样 , 体现的危险性不一样。无论是焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、铁合金煤气以及发生炉煤气，均具有以下特性：

（1）易燃性

从各类煤气的组成成分看，煤气是多种可燃性气体成分组成的混合气体，其特点是发热量高、易燃烧。

（2）易爆性

任何可燃性气体和空气混合达到一定比例，均会形成具有爆炸危险的混合气体，一旦遇到火种，就会引起爆炸燃烧。

（3）扩散性

由于煤气均属于气态，其密度比空气轻或接近于空气，易向上散发、飘逸。

（4）中毒性

一氧化碳是冶金煤气的可燃成分之一，是无色、无嗅、有毒的气体，一氧化碳吸入人体后与血红蛋白迅速结合形成碳氧血红蛋白，使红细胞失去携氧能力，从而造成组织急性缺氧，缺氧发展到一定程度，便引起死亡。

（5）腐蚀性

因煤气中含有饱和水分，当煤气温度低于煤气露点温度时，煤气中将析出冷凝水。由于原料来源和洗选条件的不同，并受煤气净化条件的限制，煤气中会含有硫化氢、二氧化碳、酸根离子等，这些物质溶于冷凝水中后形成酸，对煤气管线产生酸性腐蚀，成为管道腐蚀的主要因素。

（6）尘毒慢性危害

煤气 的另一个突出问题是煤气毒物慢性危害和煤气带来的污染，在炼焦、高炉等生产过程中，煤气放散，未净化的荒煤气含有大量的毒物和灰尘，有毒物质可能会造成人体慢性中毒。

由于高炉煤气所具有的潜在危险属性大，在高炉煤气产生及后续运输管路中都应对做好对CO、CO 2 、H 2 、CH 4 （甲烷）等的监测，以达到保护管路及生产过程的目的。

5.我们的产品-高炉煤气气体分析系统

6.高炉煤气气体分析的原理

红外（NDIR）气体分析原理 : 由于各种物质分子内部结构的不同，就决定了它们对不同波长光线的选择吸收，即物质只能吸收一定波长的光。物质对一定波长光的吸收关系服从朗伯 — 比尔 (Lambert2Beer) 吸收定律。

NDIR 红外气体传感器工作原理是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯 - 比尔 Lambert-Beer 定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。

其主要由红外光源、光路、红外探测器、电路和软件算法组成的光学传感器，主要用于测化合物，并包含绝大多数有机物。

激光（TDLAS）气体分析原理：激光穿过被测气体的光强衰减基于朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，即被测组分对特定波长的光具有吸收，且吸收强度与组分浓度成正比，通过测量气体对激光的衰减来测量气体浓度。

关键技术是可调谐半导体激光吸收光谱法（ TDLAS ），是利用半导体激光器的波长调谐特性和待测气体对激光的选择性吸收进 体浓度检测的一种技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。

其原理是可调谐半导体激光器在驱动电流的调制下，发射出特定波长的激光，随着注入周期性电流的调制，激光波长产生周期性变化，使激光中心波长调节到待测气体的吸收谱线，发生选择性吸收，再利用经过气体吸收得到的光谱强度信号反算出待测气体的浓度。

因为半导体激光器的高单色性，可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量，避免了不同分子光谱的交叉干扰，从而准确的鉴别出待测气体。

热导分析测量原理：热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的，能分析的气体广泛。

由传热学可知，各种气体都具有一定的导热能力，但程度不同，通常用热导率λ来表示。热导率λ越大则导热性能越好，其值的大小与物质的组分、结构、密度、温度及压力等有关。适用于被测组分与其它组分导热系数差异较大的场合。 

7.高炉煤气气体分析系统还可应用于哪里

1.各种燃料（油、气体和煤）的燃烧系统，监测它们的废气排放浓度；也可监控热焚烧厂的运行；

2.过程控制功能的监测；

3.在钢厂热处理过程中监测环境状况。

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高炉煤气的产生过程及成分