因入爐煤氣資源豐富，且屬于可被循環(huán)利用的廢氣，故煤氣是氣燒石灰窯的燃料，如高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、電石尾氣（煤氣）、發(fā)生爐煤氣等。由于氣燒石灰窯的煅燒溫度，關(guān)系到石灰質(zhì)量，煅燒溫度又與入爐煤氣的熱值直接相關(guān)，同時(shí)入爐煤氣熱值高、火焰短等因素易造成石灰窯的過燒或生燒現(xiàn)象，所以必須對(duì)入爐煤氣的熱值進(jìn)行分析，以便現(xiàn)場(chǎng)工作人員根據(jù)實(shí)際工況調(diào)節(jié)窯內(nèi)煅燒溫度，提高氣燒石灰窯的生產(chǎn)效率與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

煤氣分析儀（在線型）Gasboard-3100

    煤氣中貢獻(xiàn)熱值的氣體有CO、CH₄、C_nH_m和H₂，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，企業(yè)多采用在線煤氣成分及熱值分析儀對(duì)入爐煤氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量，并根據(jù)成分濃度計(jì)算得出煤氣的熱值。由四方光電（武漢）儀器有限公司研發(fā)推出的煤氣分析儀（在線型）Gasboard-3100采用將自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紅外氣體傳感器與基于MEMS技術(shù)的熱導(dǎo)傳感器、電化學(xué)O₂傳感器相結(jié)合的方法，以消除氣體間的相互干擾和外界因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣中CO、CO₂、CH₄、C_nH_m、H₂及O₂多組分的同時(shí)測(cè)量，并根據(jù)組分濃度計(jì)算得出準(zhǔn)確度高的煤氣熱值，可替代燃燒法熱值儀。

一、CO、O₂、CO₂、CH₄對(duì)H₂的干擾校正

    從上表可以看出，煤氣主要成分中CO、O₂與背景氣N₂的熱導(dǎo)系數(shù)相當(dāng)，對(duì)H₂的測(cè)量結(jié)果影響不大，但是CO₂、CH₄對(duì)H₂測(cè)量影響明顯。通過理論分析，如果氣體成分中含有CO₂，會(huì)使H₂的測(cè)量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH₄，會(huì)使H₂的測(cè)量讀數(shù)偏高。因此為了得到準(zhǔn)確的H₂濃度，需對(duì)H₂濃度進(jìn)行CO₂、CH₄的濃度校正。

    此外，對(duì)于檢測(cè)H₂的熱導(dǎo)測(cè)量通道，實(shí)驗(yàn)證明，煤氣成分中CO、O₂對(duì)H₂的測(cè)量準(zhǔn)確性影響不大，主要是CO₂、CH₄的影響。Gasboard-3100可對(duì)煤氣中的各組分進(jìn)行分析測(cè)量，并將各組分間的相互影響進(jìn)行濃度校正和補(bǔ)償，zui大限度的減小煤氣中CO、O₂、CO₂、CH₄對(duì)H₂的影響，保證H₂濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

二、控制流量波動(dòng)對(duì)H₂測(cè)量的影響

    由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對(duì)氣體流動(dòng)帶走的熱量計(jì)算進(jìn)行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測(cè)池，很難控制氣流，從而影響H₂濃度的準(zhǔn)確測(cè)量；且目前國內(nèi)對(duì)H₂濃度的分析大都采用雙鉑絲熱敏元件制成的熱導(dǎo)元件，體積大，精度低，傳感器死區(qū)大。Gasboard-3100配置了基于MEMS技術(shù)的熱導(dǎo)傳感器，采用了旁流擴(kuò)散式的熱導(dǎo)檢測(cè)池，流量在0.3~1.5L/min的范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)熱導(dǎo)傳感器的測(cè)量無影響，可有效減少因流量波動(dòng)對(duì)H₂濃度測(cè)量結(jié)果的影響。

旁流擴(kuò)散式的熱導(dǎo)檢測(cè)池

三、C_nH_m濃度測(cè)量，保證熱值測(cè)量準(zhǔn)確性

    在煤氣成份中，特別是焦?fàn)t煤氣，除CH₄外，還含有C_nH_m。現(xiàn)市面上大多數(shù)紅外分析儀僅以CH₄為測(cè)量對(duì)象，并以此來計(jì)算煤氣熱值。而Gasboard-3100除對(duì)CH₄濃度進(jìn)行測(cè)量外，同時(shí)還可測(cè)量C_nH_m濃度（如C₃H₈），將CH₄與C_nH_m的濃度折合成碳?xì)浠衔锏目偭浚源擞?jì)算得出煤氣熱值，保證入爐煤氣熱值測(cè)量的準(zhǔn)確性。

四、C_nH_m與CH₄干擾的濃度修正

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的紅外吸收光譜

    根據(jù)紅外吸收原理，在甲烷特征波長3.3um左右，甲烷與乙烷等碳?xì)浠衔镉形崭蓴_，從而導(dǎo)致熱值測(cè)試不準(zhǔn)。對(duì)此，Gasboard-3100在軟件上進(jìn)行了升級(jí)，產(chǎn)品采用abc系數(shù)修正算法，預(yù)先在軟件運(yùn)算過程中插入C_nH_m與CH₄的濃度修正系數(shù)，修正C_nH_m與CH₄的相互干擾，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

五、單光源、雙光束減小零點(diǎn)與量程漂移

    為減少因?yàn)楣庠床环€(wěn)定以及電子元器件老化造成的零點(diǎn)和量程漂移，Gasboard-3100內(nèi)置了自動(dòng)調(diào)零裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器零點(diǎn)的自動(dòng)標(biāo)定，以減小零點(diǎn)漂移，相應(yīng)減小量程漂移。同時(shí)，Gasboard-3100基于NDIR氣體分析技術(shù)，采用單光源雙光束法對(duì)煤氣中不同波長的組分進(jìn)行測(cè)量。光源經(jīng)過兩個(gè)不同波長的濾光片，進(jìn)行濾光處理，得到兩個(gè)不同波長的信號(hào)：檢測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)。檢測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)的強(qiáng)度之比與光源強(qiáng)度的波動(dòng)及電子元器件的老化等因素?zé)o關(guān)，這樣就zui大限度的減小了光源不穩(wěn)定及電子元器件老化造成的零點(diǎn)、量程漂移，從而保障了儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

單光源、雙光束技術(shù)原理圖

    高準(zhǔn)確度的煤氣熱值有利于正確指導(dǎo)工作人員調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)工況，保證石灰窯爐的煅燒溫度，既能提高出爐石灰的質(zhì)量，又可合理使用回收煤氣，真正地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。作為武漢四方光電旗下的全資子公司，銳意自控始終秉承“把握關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新”的發(fā)展理念，以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感器核心技術(shù)為依托，致力于煤氣分析儀器的研發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)及銷售，為我國煤氣能源的利用提供更加合理、有效的行業(yè)解決方案。

來源：公眾號(hào)@工業(yè)過程氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)務(wù)必注明來源