TK-4000型高温水泥窑气体在线分析系统

TK-4000型高温水泥窑气体在线分析系统

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山东新泽仪器有限公司

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V信：xinzeyiqi

高温探头成套装置简介

一、  

使用目的

 =

1 \* GB2 ⑴ 燃烧控制（测量CO、O2的含量）

降低成本、节约能源

水泥厂成本消耗：能源占50~60%左右

                  原料占40%左右

一个日产1500吨熟料的燃油窑系统，如果氧含量超出*佳值1个百分点，窑系统每天多消耗2400升油。每年多损失：2400升x3元/升x365天=262万元

燃烧效率曲线图

 = 2 \* GB2 ⑵ 监控窑内温度（测量NO的含量）

熟料质量主要取决于烧成带状况稳定与否，烧成带的温度至关重要，快速、连续（滞后时间≤2min）指示温度趋势（并非准确值），从而及时修正以免窑温度失控。

是否修正相应的温度带，必须通过研究熟料质量来确定。

NO与温度关系曲线图

 = 3 \* GB2 ⑶ 提高水泥质量（测量SO2的含量）

具称国内目前尚无此应用技术（SO2＜1%）

过程分析成套系统基本组成

样品取样装置及伴热管线

实现样品的连续采集

一般由取样探头组合部件组成，带有过滤器

根据实际应用工程条件（如：取样压力、取样温度、取样点粉尘粒度和含尘量、样品气腐蚀性、聚合物等）选择不同的取样探头

取样探头的伴热采用电伴热或蒸汽伴热方式

样品传输管道采用电热带或蒸汽管道伴热

样品取样回路控制

实现样品气回路的自动或手动控制

对于需要自动定时切换的取样回路一般由电磁阀或电动球阀等实现回路控制

对于不需要自动切换的取样回路一般由手动截止阀、多路切换阀等实现回路控制

还应用在一套系统有多个取样点或多套系统有多个取样点的交叉切换分析

样品预处理系统

用来净化样品气，使经过预处理系统后的样品气能符合分析仪器的要求

只要处理的对象：样品气的粉尘、水分、流量、温度、压力、腐蚀性和聚合物等

保证在经过预处理后的样品气不发生质的变化

一般采用物理方法：如：过滤除尘、降温除湿等

校准气路和标准气

用来实现对分析仪器所需样气回路、标校气路的切换和标准气供给

一般用多通路手动切换阀完成不同气路的切换（如：采样回路、零点标校回路、量程标校回路等）；也可通过电磁阀或电动球阀来实现气路切换

必要时标准气体还要采用降压或稳压控制措施

标准气是保证气体分析仪器准确度**手段，根据仪器的使用量程选择合适的标准气，应适用在有效期内的钢瓶装气，只能是法定部门按法定方法配制的标准气才能使用

样气流量调节和监控

用来实现对分析仪器所需样气流量大小的调节、流量指示和流量监控

普通型不带流量监控功能

报警型带有流量监控功能（流量低于设定值时输出一对无源触电开关量信号）

与成套 系统配套使用时，开关信号进入系统PLC集中控制，状态信号输出到控制室

探头吹扫和控制

对取样探头内过滤器进行除扫，去除探头内的粉尘，延长取样探头使用寿命

出扫功能由系统中PLC集中控制相关电磁阀，自动完成吹扫动作程序，系统一般设有手动吹扫功能可随时启动吹扫程序。

吹扫采用脉冲方式，分别对探头内的过滤器和探头管进行吹扫。

成套系统电气控制

1.电源管理和分支电气回路控制

2.通过可编程序控制器（PLC）完成对本系统涉及的所有的号集中控制，实现内部信号、状态信号、故障信号与外部的联络。

3.当系统出现严重故障时，自动对系统实施保护。

气体分析仪器

1.气体分析仪器是整套系统中的核心和基础；

2.根据应用领域、测量组份和客户要求不同，气体分析仪器的选择也不尽相同，同样的成套系统可以有不同配置的气体分析仪器，分析仪器本身的技术参数在很大程度上决定了成套系统的分析准确度；

3.不同测量原理的分析仪器适合测量不同的气体组分，背景气对其影响程度也不尽相同。

高温探头成套系统安装位置分布图

2.取样难度

高温：1200℃

高粉尘：2000g/m3

腐蚀性：SO2、Nox

碱性金属卤化物在探头取样口上形成结皮

进料口片是损坏探头

3.取样的三种方法

 = 1 \* GB2 ⑴干法（无冷却水装置）

 不能长期承受高温

 样气变化梯度小    CO＋O2（T＞600℃）---CO2

 = 2 \* GB2 ⑵湿法（水冲洗）

 分析失真大、喷嘴容易堵塞

 冷却水进入工艺管道

 = 3 \* GB2 ⑶干法（循环冷却水）

 冷却水不接触样气，冷却水循环使用，节能、环保

 能长期在高温下运行

 样气温度变化梯度大

取样探头管如何能承受高温

a．        

干法水冷却取样探头，实现取样管热保护（冷却水温度60℃，*高85℃，压力2bar左右）

b.采用特制的耐高温不锈钢制造，无冷却水使用极限温度1600℃

c.探头管采用前细后粗的设计方案，增加强度

d.定期自动移出，防止探头管结皮

e.样气温度变化梯度大

CO＋1/202-----（T＞600℃）CO2

CO=1%          CO=0%

O2-2%          O2=1.5%

                CO2=20%               CO2=21%

f.探头管系列长度：1500mm、2000mm、2500mm、3000mm

g.定期自动反吹探头管，保证气路畅通

h.采用独特的样气入口，降低粉尘吸入量（见图）

i.探头管的两种冷却方式：

   水冷却                 油冷却

  经济、方便              成本高、繁琐

  不会对环境产生污染      易产生污染

  安全                    易发生火灾

  也可采取油冷却          易结皮

高温探头管示意图

高精度过滤器如何过滤粉尘

a.       独立的气路接口，过滤粉尘量2000g/Nm3

b.      

可安装电加热器伴热

c.      

快速更换过滤器结构

d.      

采用独特的脉冲内、外吹扫方式，提高反吹效果

e.      

新型陶瓷过滤器，提高过滤精度（见图）

取样探头结构示意图

取样探头内吹示意图

取样探头外吹示意图

            取样控制柜的作用

a.      

电气控制与预处理同装置一套柜子，设计紧凑，维护方便

b.      

PLC可编程序控制器及相关软件技术，实现多种逻辑控制功能及自动操作，使该装置的自动化程度较高

c.      

装置有故障自诊断功能，大大减少维护量

d.      

有多路状态信号和故障信号送至控制室

e.      

在供水故障、循环水温度高、样气负压高、应急水箱液位低等故障条件下，能实现故障的自动报警和探头自动移除

f.      

样气管道全面防腐

电动返回装置的作用

a.      

探头带电动返回装置，确保探头的正常维护与安全运行

b.      

电动返回装置有 自动  手动  两种功能，给投运和维护带来方便

c.      

返回装置分正、副轨道，保证探头在移除时畅通无阻

d.      

探头的自动移除防止探头结皮

e.      

反吹的储气罐和电磁阀安装在电动返回装置上，是反吹效果达到较好的效果

f.      

探头移入、移出自动限位

g.      

冷却水管道、样气管道、反吹管道及电缆随探头管移动

            高温探头成套成功应用综述

1.  正确选择取样点是系统成功应用的前提(取样点处有平台,取样探头在窑内的位置应避开物料冲击,并尽可能远离窑内堆积的物料)

2.  固定探头返回装置时,保证取样探头移动顺畅,反复手动推动取样探头测试

3.  从应急水箱至水循环柜连接的管道应采用G1-1/4管道,减少阻力,增加循环流量,当循环水流量小于2m3/h时,检查应急水回路是否有机械杂质或有空气

4.  当取样探头端部取样孔出现异常堵塞时,可改变取样探头位置(移出一段)

5.  取样探头过滤器出现频繁堵塞时,检查压缩空气是否含有水、油或粉尘（一般的压缩空气需要经过可靠的除水、除油和除尘后才能使用）,或通过PLC程序将采样时间适当缩短(采样一般设置为7-10min)

6.  探头自动移出间隔时间不宜太长,经免取样探头结皮(根据结皮情况而定,一般设置为2-4h自动移出一次)

7.  使用一段时间后人为将应急水箱储水更换一次,防止机械杂质堵塞水回路

8.  日常巡检,定期维护是系统长期正常运行的关键

分析仪原理

n  红外线多组分气体分析（CO2、CO、NO、SO）

   当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是 平行光,其强度为I0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯--比尔吸收定

律: dI/I=-KdN，式中K为比例常数。经积分得:lnI=-KN+α  (1) ， 式中:N为吸收气体介质的分子总数;α为积分常数。显然有 N∝cl,c为气体浓度。则式(1)可写成:

          I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL)    (2) 式(2)表明,光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性,各种气体的吸收系数μ互不相同。对同一气体,μ则随入射波长而变。若吸收介质中含i种吸收气体, 则式(2)应改为:I=I0exp(-l∑μi ci)       (3)

因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。

n  以  CO2分析为例，红外光源发射出1-20um的红外光，通过一定长度的气室吸收后，经过一个4.26μm波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过 4.26um波长红外光的强度，以此表示CO2气体的浓度，如果在探测器端放置一种具备四元的探测器，并配备四种不同波长的滤光片，则在一台仪器内就可以

完成对气体成分中CO2、CO、SO2、NO的同时测量

2．3 电化学O2分析

O2是一个安全参数，也是过剩空气系数的一个重要参数。本仪器采用了一种长寿命（6年）的电化学O2传感器，该传感器实际上是一种微型电流发生器，配合高精度的前置放大电路，直接输出与浓度对应的电压进入仪器测控系统。

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