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西門子Ultramat 23在高溫取樣水泥窯煙室煙氣分析儀系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前，氣體分析儀在國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)窯尾煙室氣體檢測(cè)中的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。氣體分析儀通過(guò)在線連續(xù)提取、處理和分析窯尾煙室中的O2、CO和NOx的含量，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒狀況，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)原燃料的消耗和綜合成本實(shí)施有效控制。如果窯內(nèi)煅燒溫度過(guò)高或熱工制度振蕩過(guò)大，不僅會(huì)大量消耗燃煤，甚至還會(huì)損害窯襯，嚴(yán)重時(shí)將危及窯筒體；如果煅燒溫度過(guò)低，就會(huì)造成熟料生燒，嚴(yán)重影響水泥熟料的質(zhì)量。正確的應(yīng)用窯尾煙室氣體分析儀，可幫助中控操作人員實(shí)時(shí)了解窯內(nèi)的煅燒狀況和燃煤的燃燒狀況以正確指導(dǎo)煅燒操作，能夠給企業(yè)帶來(lái)較為客觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
本文就水泥窯尾氣體在線分析系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹如下：系統(tǒng)構(gòu)成：
1、取樣系統(tǒng)
水泥行業(yè)干法旋窯及分解爐的氣體分析，難點(diǎn)在于窯尾煙室溫度高達(dá)1300℃、粉塵2000g/m³、氣體露點(diǎn)高，而且含有SO2和堿性腐蝕，是技術(shù)難度大的氣體取樣對(duì)象，我司采用進(jìn)口干法高溫探頭配合循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，能成功解決這一取樣難題。
1）高溫探頭由特殊耐高溫材料制成，理論抗溫≥1400°。（由湘乾儀器公司，中科院，首鋼共同完成）
2）. 采用恒溫管原理，探頭夾層內(nèi)有內(nèi)循環(huán)導(dǎo)熱介質(zhì)，由熱泵驅(qū)動(dòng)，將探頭熱量帶至處理柜中的換熱器，外循環(huán)冷卻水將熱量帶走，探頭在1400℃條件連續(xù)工作。檢測(cè)導(dǎo)熱介質(zhì)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水流量控制探頭溫度為恒溫。大大延長(zhǎng)了高溫探頭的使用周期。
3）.內(nèi)循環(huán)用硅油，外循環(huán)用冷卻水，冷卻余量比風(fēng)大，內(nèi)循環(huán)管內(nèi)壁的專有槽，解決了恒溫管內(nèi)部受熱不均干燒的現(xiàn)象，用硅油避免恒溫管垢。
4）. “三失”情況下自動(dòng)抽出探頭.失電時(shí)PLC控制輸出O點(diǎn)為常開(kāi)(OFF)失氣.失水時(shí)由反吹氣源電接點(diǎn)壓表和失水傳感器接頭送至PLC轉(zhuǎn)0點(diǎn)OFF.因此在“三失”的任何異常情況發(fā)生時(shí),控制0點(diǎn)OFF,啟動(dòng)UPS電源在半分鐘內(nèi)自動(dòng)抽出探頭,確保探頭安全.當(dāng)確認(rèn)恢復(fù)正常條件時(shí),可控制自動(dòng)插入探頭.
2、預(yù)處理系統(tǒng)
預(yù)處理單元在氣體在線分析系統(tǒng)中占據(jù)相當(dāng)重要的作用，任何的氣體分析儀器都要求氣體在進(jìn)入分析儀傳感器之前都應(yīng)該除塵、除油、除水等，同時(shí)，還要求除塵、除水、除油的過(guò)程中待測(cè)氣體組份不被改變，預(yù)處理技術(shù)的好壞，直接影響到監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性、分析儀的使用壽命等。
在本系統(tǒng)中，在工藝管道上安裝有取樣探頭，樣氣在由探頭取出后，經(jīng)伴熱采樣管線輸送至機(jī)柜，采樣管線加熱的目的是防止樣氣中的水汽在管路中冷凝，與粉塵混合造成堵塞。采樣管路采用了四氟管線設(shè)計(jì)，聚四氟的材料特性決定了管線擁有良好的不粘性，保證了采樣管線能夠連續(xù)穩(wěn)定的向機(jī)柜輸送樣氣。在機(jī)柜中樣氣得到進(jìn)一步的凈化，系統(tǒng)采用了一級(jí)過(guò)濾精度為3um的氣水分離器，過(guò)濾樣氣的同時(shí)分離樣氣中的液態(tài)水，采用了一級(jí)過(guò)濾精度為0.1um的精密過(guò)濾器作為樣氣進(jìn)入分析儀表前的后一級(jí)過(guò)濾元件，保證樣氣達(dá)到分析儀表使用要求。為去除樣氣中含有的氣態(tài)水，系統(tǒng)采用電子冷凝器除濕，除濕后的樣氣露點(diǎn)為4-5℃。另外，系統(tǒng)采用一臺(tái)抽氣能力為6L/min的德國(guó)KNF采樣泵提供系統(tǒng)樣氣的輸送動(dòng)力。
3.分析單元:西門子進(jìn)口Ultramat 23分析儀
分析方法：紅外
測(cè)量范圍：CO:0-10000 PPM O2:0-25%
量程：: 雙量程或自動(dòng)量程（可選項(xiàng)）
量程漂移≤0.5％F.S/24h
檢出限：0.1PPM
線性偏差： ≤1％
重 復(fù) 性： ≤1％
響應(yīng)時(shí)間： ≤1.5秒
校本機(jī)顯示：LCD液晶顯示屏（帶背光）
模擬輸出：4～20mA 750Ω
通訊接口：RS485或RS232
智能化：測(cè)定和標(biāo)定菜單式操作，編程快速、操作簡(jiǎn)單，儀器故障自診斷顯示
安裝方式：臺(tái)架式4U
外形尺寸： 483(寬)×177(高)×159(深)
重 量： 約15kg
供 電：220VAC±10%，50～60Hz AC±10%，50～60Hz
環(huán)境溫度： 5℃～+45℃
分析系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
● 該裝置為機(jī)、電、儀一體化成套分析控制裝置。整套裝置由分析機(jī)柜（內(nèi)部包括樣品凈化處理系統(tǒng)和分析校對(duì)系統(tǒng)等）和安裝在工藝管線上的取樣探頭組成。出廠前已調(diào)試完畢，現(xiàn)場(chǎng)只需安裝外圍電源、氣源等公共設(shè)施。
● 分析機(jī)柜采用19寸流行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，前后開(kāi)門的結(jié)構(gòu)形式，正門上開(kāi)有大玻璃視察窗口，柜內(nèi)配備照明燈，方便操作者維護(hù)。
● 取樣探頭采用特殊材質(zhì)，耐腐蝕，正常使用壽命可達(dá)五年以上。取樣方式采用電加熱控溫干法直接取樣，相對(duì)其它方法輔助環(huán)節(jié)少，可靠性高。并真實(shí)反映煙氣成份含量，無(wú)附加誤差，測(cè)量精度高。并避免了管道冷凝水產(chǎn)生，杜絕了冷凝酸霧對(duì)管道的腐蝕。
● 探頭過(guò)濾器采用高效過(guò)濾器，具有強(qiáng)度高、氣阻小、易吹掃，過(guò)濾效率高、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。高效過(guò)濾器的采用、合理的過(guò)濾環(huán)節(jié)、自動(dòng)吹掃的配置，保證了系統(tǒng)在高粉塵工況下連續(xù)采樣、可靠運(yùn)行，并已被多家用戶現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)踐所證明。
● 系統(tǒng)全干法流程，取樣器、取樣管，各類管接頭（與樣氣接觸部分）、抽氣泵等均采用特殊防腐處理，提高了系統(tǒng)防腐性，保證了系統(tǒng)使用壽命。系統(tǒng)采用了三級(jí)除塵、兩級(jí)除水的過(guò)濾方式，對(duì)粉塵等機(jī)械雜質(zhì)得到了*地凈化，確保樣氣分步進(jìn)行凈化、除塵、除濕、穩(wěn)壓、穩(wěn)流等一系列環(huán)節(jié) ，其過(guò)濾精度可達(dá)0.1μ。將符合要求的被測(cè)樣氣，送入分析儀器，確保分析儀器工作的準(zhǔn)確性和長(zhǎng)期可靠性。
● 系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制，具有自動(dòng)化程度高、維護(hù)工作量小的特點(diǎn)。
● 裝置內(nèi)部分析儀表及關(guān)鍵部件均配置*件如：分析儀、PLC、抽氣泵、電動(dòng)球閥等。另外像高性能開(kāi)關(guān)、接線端子、照明燈、門鎖等均采用中外合資的產(chǎn)品。并配置國(guó)內(nèi)的取樣預(yù)處理系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)具有維護(hù)周期長(zhǎng)、維護(hù)量小、操作簡(jiǎn)單方便、可靠性高等特點(diǎn)。