一、我國冶金行業(yè)的現(xiàn)狀

鋼鐵行業(yè)在我國的國民經(jīng)濟(jì)中，占有舉足輕重的地位。作為全球制造業(yè)中心，中國的工業(yè)化發(fā)展的潛力很大，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，會為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展提供動力。而今，中國的鋼鐵行業(yè)正經(jīng)歷著兼并重組，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的過程。鋼鐵行業(yè)健康穩(wěn)步的發(fā)展，關(guān)系重大。

鋼鐵的冶煉過程實(shí)質(zhì)上是原材料、燃料和成品的流轉(zhuǎn)過程，在流轉(zhuǎn)中伴隨著大量氣體產(chǎn)生，而在線檢測分析這些過程氣體是冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制、安全和環(huán)保監(jiān)控必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。西門子是中國鋼鐵工業(yè)的合作伙伴，一直致力于推動中國鋼鐵工業(yè)自動化水平的不斷提高。西門子分析儀器能夠應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)中的煉鋼、煉鐵及燒結(jié)等各個裝置，對降低能源消耗、保證生產(chǎn)安全等起著十分重要的作用，還對鋼鐵企業(yè)增大產(chǎn)能，提高產(chǎn)品質(zhì)量有積極的效果。

二、高爐煤氣為什么要安裝SITRANS SL 原位激光分析儀

高爐冶煉是當(dāng)今煉鐵工藝中最主要的煉鐵方法。時(shí)事檢測出高爐煤氣中各組分的含量可以及時(shí)反應(yīng)出爐內(nèi)狀況，指導(dǎo)高爐的操作，從而保證了高爐穩(wěn)定順利的運(yùn)行，同時(shí)為提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量起著十分重要的作用。

西門子分析儀可以在線檢測高爐煤氣中N2、CO、CO2、H2的含量，每一個周期自動向高爐控制中心提供一組準(zhǔn)確、可靠的高爐煤氣中各組份的百分含量。通過計(jì)算CO2/(CO+CO2)的比值來判斷煤氣利用率，控制焦煤比，一般在焦炭負(fù)荷不變的情況下比價(jià)降低，說明煤氣利用率降低，預(yù)示著高爐轉(zhuǎn)涼；通過觀察H2的含量判斷風(fēng)口中小套高壓水及爐身冷卻壁常壓水是否漏水，如果H2值增加，說明存在漏水，為防止爆炸，需盡快解決；通過對N2含量的檢測，可推測出高爐的泄漏率。一般采樣點(diǎn)選在重力除塵器后，布袋除塵前的煤氣水平管道上。由于西門子分析儀擁有諸多技術(shù)優(yōu)勢，提高了測量的響應(yīng)時(shí)間，保證了測量數(shù)據(jù)的可靠性。還有，分析儀表可以幫助測量熱風(fēng)爐出口的O2含量，優(yōu)化高爐燃燒，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

另外，為了提高煉鐵的經(jīng)濟(jì)性，降低成本，國內(nèi)許多高爐采用噴煙煤或參噴煙煤完成煉鐵工藝。由于煙煤揮發(fā)性和可燃性比較高，在磨煤機(jī)磨煤時(shí)，進(jìn)入過多的氧氣易引起爆炸，所以在磨煤機(jī)前的熱風(fēng)管道上以及磨煤機(jī)之后的布袋除塵器之后都要檢測氧的含量，若氧含量過高，則要報(bào)警。在煤粉倉中，還要檢測CO的含量，當(dāng)CO含量過高時(shí)，需要及時(shí)沖氮，防止事故發(fā)生。

在高爐噴煤的應(yīng)用中，西門子的SITRANS SL 原位激光分析儀都有很好的應(yīng)用。其中，激光分析儀比起傳統(tǒng)的抽取式的分析儀有他本身自有的優(yōu)勢。首先，激光分析儀采用原位式安裝，直接安裝于工藝管道上，省去了采樣探頭、采樣管線和預(yù)處理系統(tǒng)。其次，激光分析儀維護(hù)起來非常簡便，降低了維護(hù)費(fèi)用。最后，激光分析儀的響應(yīng)時(shí)間最低可達(dá)1秒，為安全保護(hù)系統(tǒng)及時(shí)提供數(shù)據(jù)，可以勝任關(guān)鍵點(diǎn)的測量。值得一提的是，雖然激光分析儀有諸多優(yōu)勢，但其不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分析儀表。在一些測量點(diǎn)上，比如磨煤機(jī)出口，煤粉倉等，由于含塵量非常大，激光的透光率會受到很大的影響，從而使得測量效果變差。這個時(shí)候只能采用傳統(tǒng)抽取式分析儀來測量。

在鋼鐵行業(yè)中，西門子憑借其齊全的產(chǎn)品線，可以提供完全的解決方案，如下圖所示是西門子分析儀在高爐煉鐵工藝中的應(yīng)用。

三、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀正確的選擇

   1、SITRANS SL 原位激光分析儀產(chǎn)品簡介

SITRANS SL是一款借助不同氣體組份特定光吸收的測量原理的二極管激光氣體分析儀。SITRANS SL適合于過程或燃料氣體中的氣體濃度的快速和非接觸測量。傳感器(發(fā)射器和接收器) 只需直接安裝在監(jiān)測的工藝氣體管道上，無需采樣系統(tǒng)。處理測量信號為一個濃度值、監(jiān)控、控制和通訊服務(wù)的硬件都被集成于這兩個主要的模塊中。該傳感器是為嚴(yán)厲環(huán)境條件下的操作而設(shè)計(jì)的。激光從變速器被發(fā)送，穿過過程氣體，到達(dá)接收器端上的檢測器。測量是通過借助一個非常短的響應(yīng)時(shí)間而在線地執(zhí)行的，允許過程控制中快速和有效的成本節(jié)省。激光的本質(zhì)特性決定了單一的光譜可以不受干擾。由于激光的帶寬特別窄，只有吸收光譜與之相吻合的氣體組分才能夠有（吸收）反應(yīng)。由于激光技術(shù)所固有的優(yōu)秀補(bǔ)償能力，所以來自其它方面的干擾，例如灰塵和溫度，就可很容易地被去除。在線的內(nèi)置參比池充滿了無干擾參比氣體，是已存在的西門子TDL（可調(diào)諧二極管激光）技術(shù)優(yōu)勢的進(jìn)一步發(fā)展，無需人為自標(biāo)定而且維修要求低。

   2、選擇SITRANS SL 原位激光分析儀的理由

我國目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器是利用高壓靜電作用下產(chǎn)生正負(fù)極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時(shí)，由于受到高壓電場的作用被捕集下來。由于煤氣易燃易爆，如果煤氣中混有氧氣，當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸極限時(shí)就會發(fā)生爆炸。因此氧含量的控制至關(guān)重要。而對O2濃度的在線檢測主要采用傳統(tǒng)的抽取式氣體分析儀。這一技術(shù)對氣體潔凈度的要求十分苛刻，而氣體檢測采樣過程當(dāng)中的粉塵、焦油和液滴等其它雜質(zhì)，很容易污染分析儀內(nèi)部元器件，造成采樣分析錯誤。在實(shí)際應(yīng)用中, 需要通過蒸汽引射探頭取樣、多級除塵、除硫、除萘、除焦油、除酸霧、除水等、增壓穩(wěn)壓、穩(wěn)流、快速回路、伴熱保溫等樣品處理方式來完成氣體潔凈度的要求，確保所使用的磁氧分析儀能夠準(zhǔn)確分析及長期使用.

由此可見，抽取式氣體分析儀完全依賴于氣體的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)。如果一旦氣體的采樣和預(yù)處理達(dá)不到分析儀的要求，儀器就會處于癱瘓狀態(tài)，同時(shí)要求日常維護(hù)工作量與維護(hù)的投入較大。整個分析過程的采樣管線及預(yù)處理和分析儀之間距離較長，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長，分析反應(yīng)遲滯,不能很好地滿足工業(yè)過程實(shí)時(shí)控制的要求。

 焦?fàn)t煤氣電捕焦油器典型工況

   3、激光氣體分析儀測量原理及SITRANS SL型激光分析儀的特點(diǎn)

由于各物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，分子的能級也千差萬別，各能級之間的間隔也互不相同，這就決定了它們選擇性地吸收不同波長的光線。

激光分析儀正是依據(jù)分子的特征吸收譜，以比爾-朗波特定律為理論基礎(chǔ)，充分發(fā)揮激光的單色性、方向性與高亮度等特性，實(shí)現(xiàn)對某種特定氣體進(jìn)行濃度分析。如果已知某種氣體成分的特征吸收波長和吸收常數(shù)，利用激光光源的強(qiáng)單色性，使波長正好等于該成分吸收波長的光透過氣體，檢測并分析得到光的吸收強(qiáng)度，結(jié)合激光在氣體中的傳播路徑，就能得到待測成分的濃度。測量原理示意如圖所示：

 激光氣體分析儀測量原理示意圖與傳統(tǒng)氣體分析儀相比較，西門子公司的 SITRANS SL型激光氣體分析儀具有如下優(yōu)點(diǎn):

（1）為提高測量靈敏性，減少其它氣體分子的干擾,儀器采用了波長調(diào)制技術(shù)：將激光束的波長調(diào)節(jié)成被測氣體分子所吸收的特定波長, 其它氣體分子對激光束不再產(chǎn)生吸收，解決了背景氣體的交叉干擾問題。

（2）“二次諧波處理”方法和“自動增益控制”技術(shù)專用于濾除粉塵影響及粉塵動態(tài)變化的情況。激光分析儀接收到的信號弱于發(fā)射信號的強(qiáng)度，這是粉塵阻擋與氣體吸收共同作用的結(jié)果。粉塵對信號的影響是遮擋，信號強(qiáng)度在整個頻譜范圍內(nèi)均有減弱，而氣體分子是有選擇性地吸收，可以理解為是某個頻率的函數(shù)。“二次諧波處理”是將信號以數(shù)學(xué)級數(shù)的方式展開，只針對展開式的二次諧波信號進(jìn)行分析，這樣就可以確保消除粉塵等干擾信號，將粉塵等影響完全去除。“自動增益控制”是一項(xiàng)智能控制技術(shù)，根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)增益值，特別是當(dāng)粉塵含量動態(tài)變化時(shí)，縱然原始接收信號的幅度變化劇烈，經(jīng)自動增益處理后，總能限制在某一適當(dāng)?shù)姆确秶炔贿^于微弱，也不會產(chǎn)生飽和失真的狀況。正是由于采用“二次諧波處理”技術(shù)，不會因?yàn)樾盘柦?jīng)“自動增益控制”調(diào)控幅度而影響分析的準(zhǔn)確性，兩者相輔相成。

(3)分析儀器帶自動標(biāo)定功能。通過在光路上增加氧同位素模塊，使得儀器在每個分析周期都可以使用同位素的頻譜進(jìn)行自我標(biāo)定，確保儀器的零點(diǎn)和量程沒有漂移，具備長期運(yùn)行穩(wěn)定性。

(4)無需采樣預(yù)處理系統(tǒng)，具有現(xiàn)場安裝測量、測量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

(5)激光分析儀具備ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85?C認(rèn)證，適用于更多的危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)用。

   4、SITRANS SL 原位激光分析儀應(yīng)用

  為了能夠使激光氣體分析儀準(zhǔn)確而又有效的應(yīng)用于電捕焦油器出口的氧含量檢測這一特殊情況，基于激光氣體分析儀的工作原理及電捕焦油器出口的現(xiàn)狀，我們選擇了SIEMENS SITRANS SL激光分析儀及與其配套的安裝吹掃方式。

    1）激光氣體分析儀主要由帶吹掃單元的發(fā)射裝置、帶吹掃單元的接收裝置及處理單元構(gòu)成工作原理，如圖所顯示。

2）激光氣體分析儀測量示意圖

其原理：發(fā)射裝置和接受裝置通過法蘭安裝在現(xiàn)場的氣體管道的兩側(cè),發(fā)射裝置發(fā)出的紅外激光發(fā)射到氣體管道另一側(cè)的接收裝置上,由于管道內(nèi)被測氣體分子對激光束進(jìn)行單線光譜吸收,導(dǎo)致激光某一吸收譜線的光能量發(fā)生改變，光能量變化情況與被測氣體含量成對應(yīng)關(guān)系，通過檢測光能量變化情況就可以得出被測氣體的濃度。

    3）現(xiàn)場使用情況

如圖所示，我們優(yōu)化了安裝方式，通過特制的一體化吹掃管光程系統(tǒng)，避免了焦油、粉塵對光窗的污染，保證了儀器的長期穩(wěn)定運(yùn)行。通過特制的吹掃氣控制系統(tǒng)，確保了吹掃氣的可選擇范圍更大，對吹掃氣的質(zhì)量、流量及壓力做到更穩(wěn)定的控制。

  激光氣體分析儀吹掃單元及安裝示意圖

    4）主要特點(diǎn)

      (1)原位安裝，無需樣品維護(hù)的成本及不確定性；

      (2)實(shí)時(shí)測量分析，響應(yīng)時(shí)間快，不存在滯后時(shí)間，確保用戶設(shè)備的使用安全；

      (3)吹掃氣的吹掃，確保工藝中的水分、粉塵、焦油等有害物質(zhì)污染光窗；

      (4)測量靈敏性高，受其它氣體分子的交叉干擾小；

      (5)采用二次諧波技術(shù)，防止粉塵對測量的干擾；

      (6)緊湊型的設(shè)計(jì)，確保其穩(wěn)固耐用；

      (7)內(nèi)置參比池的設(shè)計(jì)，可自動標(biāo)定，確保其測量穩(wěn)定；

      (8)自動增益控制，做到了動態(tài)煙塵補(bǔ)償，避免了因工藝粉塵變化影響透光率；

  5、SITRANS SL 原位激光分析儀圖片展示

    1）設(shè)備圖