山東新澤儀器SINZEN生產(chǎn)的TK-4000型低溫、高溫水泥窯氣體在線分析系統(tǒng)技術(shù)介紹

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n 山東新澤儀器有限公司  

n ：仝西甲

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   高溫探頭成套裝置簡介

燃燒效率曲線圖 

 ⑵ 監(jiān)控窯內(nèi)溫度（測量NO的含量） 
 

熟料質(zhì)量主要取決于燒成帶狀況穩(wěn)定與否，燒成帶的溫度至關(guān)重要，快速、連續(xù)（滯后時間≤2min）指示溫度趨勢（并非準(zhǔn)確值），從而及時修正以免窯溫度失控。山東新澤儀器SINZEN生產(chǎn)的TK-4000型低溫、高溫水泥窯氣體在線分析系統(tǒng)技術(shù)介紹

是否修正相應(yīng)的溫度帶，必須通過研究熟料質(zhì)量來確定。

      NO與溫度關(guān)系曲線圖

⑶ 提高水泥質(zhì)量（測量SO₂的含量）

   具稱國內(nèi)目前尚無此應(yīng)用技術(shù)（SO₂＜1%）

過程分析成套系統(tǒng)基本組成

     樣品取樣裝置及伴熱管線

實現(xiàn)樣品的連續(xù)采集

一般由取樣探頭組合部件組成，帶有過濾器

根據(jù)實際應(yīng)用工程條件（如：取樣壓力、取樣溫度、取樣點粉塵粒度和含塵量、樣品氣腐蝕性、聚合物等）選擇不同的取樣探頭

取樣探頭的伴熱采用電伴熱或蒸汽伴熱方式

樣品傳輸管道采用電熱帶或蒸汽管道伴熱

     樣品取樣回路控制

實現(xiàn)樣品氣回路的自動或手動控制

對于需要自動定時切換的取樣回路一般由電磁閥或電動球閥等實現(xiàn)回路控制

對于不需要自動切換的取樣回路一般由手動截止閥、多路切換閥等實現(xiàn)回路控制

還應(yīng)用在一套系統(tǒng)有多個取樣點或多套系統(tǒng)有多個取樣點的交叉切換分析

     樣品預(yù)處理系統(tǒng)

用來凈化樣品氣，使經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)后的樣品氣能符合分析儀器的要求

只要處理的對象：樣品氣的粉塵、水分、流量、溫度、壓力、腐蝕性和聚合物等

保證在經(jīng)過預(yù)處理后的樣品氣不發(fā)生質(zhì)的變化

一般采用物理方法：如：過濾除塵、降溫除濕等

     校準(zhǔn)氣路和標(biāo)準(zhǔn)氣

用來實現(xiàn)對分析儀器所需樣氣回路、標(biāo)校氣路的切換和標(biāo)準(zhǔn)氣供給

一般用多通路手動切換閥完成不同氣路的切換（如：采樣回路、零點標(biāo)?；芈?、量程標(biāo)校回路等）；也可通過電磁閥或電動球閥來實現(xiàn)氣路切換

必要時標(biāo)準(zhǔn)氣體還要采用降壓或穩(wěn)壓控制措施

標(biāo)準(zhǔn)氣是保證氣體分析儀器準(zhǔn)確度*手段，根據(jù)儀器的使用量程選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)氣，應(yīng)適用在有效期內(nèi)的鋼瓶裝氣，只能是法定部門按法定方法配制的標(biāo)準(zhǔn)氣才能使用

     樣氣流量調(diào)節(jié)和監(jiān)控

用來實現(xiàn)對分析儀器所需樣氣流量大小的調(diào)節(jié)、流量指示和流量監(jiān)控

普通型不帶流量監(jiān)控功能

報警型帶有流量監(jiān)控功能（流量低于設(shè)定值時輸出一對無源觸電開關(guān)量信號）

與成套 系統(tǒng)配套使用時，開關(guān)信號進(jìn)入系統(tǒng)PLC集中控制，狀態(tài)信號輸出到控制室

     探頭吹掃和控制

對取樣探頭內(nèi)過濾器進(jìn)行除掃，去除探頭內(nèi)的粉塵，延長取樣探頭使用壽命

出掃功能由系統(tǒng)中PLC集中控制相關(guān)電磁閥，自動完成吹掃動作程序，系統(tǒng)一般設(shè)有手動吹掃功能可隨時啟動吹掃程序。

吹掃采用脈沖方式，分別對探頭內(nèi)的過濾器和探頭管進(jìn)行吹掃。

     成套系統(tǒng)電氣控制

1.電源管理和分支電氣回路控制

2.通過可編程序控制器（PLC）完成對本系統(tǒng)涉及的所有的號集中控制，實現(xiàn)內(nèi)部信號、狀態(tài)信號、故障信號與外部的聯(lián)絡(luò)。

3.當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，自動對系統(tǒng)實施保護(hù)。

     氣體分析儀器

1.氣體分析儀器是整套系統(tǒng)中的核心和基礎(chǔ)；

2.根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、測量組份和客戶要求不同，氣體分析儀器的選擇也不盡相同，同樣的成套系統(tǒng)可以有不同配置的氣體分析儀器，分析儀器本身的技術(shù)參數(shù)在很大程度上決定了成套系統(tǒng)的分析準(zhǔn)確度；

3.不同測量原理的分析儀器適合測量不同的氣體組分，背景氣對其影響程度也不盡相同。

     高溫探頭成套系統(tǒng)安裝位置分布圖

      2.取樣難度 

高溫：1200℃

高粉塵：2000g/m³

 腐蝕性：SO_2、Nox

 堿性金屬鹵化物在探頭取樣口上形成結(jié)皮

 進(jìn)料口片是損壞探頭

     3.取樣的三種方法

⑴干法（無冷卻水裝置）

  不能*承受高溫

  樣氣變化梯度小    CO＋O2（T＞600℃）---CO2

⑵濕法（水沖洗）

  分析失真大、噴嘴容易堵塞

  冷卻水進(jìn)入工藝管道

⑶干法（循環(huán)冷卻水）

  冷卻水不接觸樣氣，冷卻水循環(huán)使用，節(jié)能、環(huán)保

  能*在高溫下運(yùn)行

  樣氣溫度變化梯度大

     取樣探頭管如何能承受高溫

a．        干法水冷卻取樣探頭，實現(xiàn)取樣管熱保護(hù)（冷卻水溫度60℃，zui高85℃，壓力2bar左右）

b.          采用特制的耐高溫不銹鋼制造，無冷卻水使用極限溫度1600℃

c.          探頭管采用前細(xì)后粗的設(shè)計方案，增加強(qiáng)度

d.          定期自動移出，防止探頭管結(jié)皮

e.          樣氣溫度變化梯度大

          CO＋1/20₂     -----   （T＞600℃）CO₂ 
 

              CO=1%         CO=0%

               O₂-2%          O₂=1.5% 

             CO₂=20%               CO₂=21% 

f.          探頭管系列長度：1500mm、2000mm、2500mm、3000mm

g.          定期自動反吹探頭管，保證氣路暢通

h.          采用*的樣氣入口，降低粉塵吸入量（見圖）

i.          探頭管的兩種冷卻方式：

    水冷卻                 油冷卻

   經(jīng)濟(jì)、方便              成本高、繁瑣

   不會對環(huán)境產(chǎn)生污染      易產(chǎn)生污染

   安全                    易發(fā)生火災(zāi)

   也可采取油冷卻          易結(jié)皮
  
      高溫探頭管示意圖

高精度過濾器如何過濾粉塵

a.       獨立的氣路接口，過濾粉塵量2000g/Nm³

b.      可安裝電加熱器伴熱

c.      快速更換過濾器結(jié)構(gòu)

d.      采用*的脈沖內(nèi)、外吹掃方式，提高反吹效果

e.      新型陶瓷過濾器，提高過濾精度（見圖）

取樣探頭結(jié)構(gòu)示意圖

取樣探頭內(nèi)吹示意圖

      取樣探頭外吹示意圖 

 
    取樣控制柜的作用 

a.      電氣控制與預(yù)處理同裝置一套柜子，設(shè)計緊湊，維護(hù)方便

b.      PLC可編程序控制器及相關(guān)軟件技術(shù)，實現(xiàn)多種邏輯控制功能及自動操作，使該裝置的自動化程度較高

c.      裝置有故障自診斷功能，大大減少維護(hù)量

d.      有多路狀態(tài)信號和故障信號送至控制室

e.      在供水故障、循環(huán)水溫度高、樣氣負(fù)壓高、應(yīng)急水箱液位低等故障條件下，能實現(xiàn)故障的自動報警和探頭自動移除

f.       樣氣管道全面防腐

電動返回裝置的作用

a.      探頭帶電動返回裝置，確保探頭的正常維護(hù)與安全運(yùn)行

b.      電動返回裝置有 自動  手動  兩種功能，給投運(yùn)和維護(hù)帶來方便

c.      返回裝置分正、副軌道，保證探頭在移除時暢通無阻

d.      探頭的自動移除防止探頭結(jié)皮

e.      反吹的儲氣罐和電磁閥安裝在電動返回裝置上，是反吹效果達(dá)到較好的效果

f.       探頭移入、移出自動限位

g.      冷卻水管道、樣氣管道、反吹管道及電纜隨探頭管移動

             高溫探頭成套成功應(yīng)用綜述 
 

1.  正確選擇取樣點是系統(tǒng)成功應(yīng)用的前提(取樣點處有平臺,取樣探頭在窯內(nèi)的位置應(yīng)避開物料沖擊,并盡可能遠(yuǎn)離窯內(nèi)堆積的物料)

2.  固定探頭返回裝置時,保證取樣探頭移動順暢,反復(fù)手動推動取樣探頭測試

3.  從應(yīng)急水箱至水循環(huán)柜連接的管道應(yīng)采用G1-1/4管道,減少阻力,增加循環(huán)流量,當(dāng)循環(huán)水流量小于2m³/h時,檢查應(yīng)急水回路是否有機(jī)械雜質(zhì)或有空氣

4.  當(dāng)取樣探頭端部取樣孔出現(xiàn)異常堵塞時,可改變?nèi)犹筋^位置(移出一段)

5.  取樣探頭過濾器出現(xiàn)頻繁堵塞時,檢查壓縮空氣是否含有水、油或粉塵（一般的壓縮空氣需要經(jīng)過可靠的除水、除油和除塵后才能使用）,或通過PLC程序?qū)⒉蓸訒r間適當(dāng)縮短(采樣一般設(shè)置為7-10min)

6.  探頭自動移出間隔時間不宜太長,經(jīng)免取樣探頭結(jié)皮(根據(jù)結(jié)皮情況而定,一般設(shè)置為2-4h自動移出一次)

7.  使用一段時間后人為將應(yīng)急水箱儲水更換一次,防止機(jī)械雜質(zhì)堵塞水回路

8.  日常巡檢,定期維護(hù)是系統(tǒng)*正常運(yùn)行的關(guān)鍵

     分析儀原理

n  紅外線多組分氣體分析（CO2、CO、NO、SO）

           當(dāng)紅外光通過待測氣體時,這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收,其吸收關(guān)系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。設(shè)入射光是 平行光,其強(qiáng)度為I0,出射光的強(qiáng)度為I,氣體介質(zhì)的厚度為L。當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)dN的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為dI時,根據(jù)朗伯--比爾吸收定
律: dI/I=-KdN，式中K為比例常數(shù)。經(jīng)積分得:lnI=-KN+α  (1) ， 式中:N為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù);α為積分常數(shù)。顯然有 N∝cl,c為氣體濃度。則式(1)可寫成:

           I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-μcL)=I0exp(-μcL)    (2) 式(2)表明,光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度c及厚度L按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性,各種氣體的吸收系數(shù)μ互不相同。對同一氣體,μ則隨入射波長而變。若吸收介質(zhì)中含i種吸收氣體, 則式(2)應(yīng)改為:I=I0exp(-l∑μi ci)       (3)


因此對于多種混合氣體，為了分析特定組分，應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個適合分析氣體吸收波長的窄帶濾光片，使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。

n   以  CO2分析為例，紅外光源發(fā)射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過一個4.26μm波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過 4.26um波長紅外光的強(qiáng)度，以此表示CO2氣體的濃度，如果在探測器端放置一種具備四元的探測器，并配備四種不同波長的濾光片，則在一臺儀器內(nèi)就可以
完成對氣體成分中CO2、CO、SO2、NO的同時測量

2．3 電化學(xué)O2分析

        O2是一個安全參數(shù)，也是過剩空氣系數(shù)的一個重要參數(shù)。本儀器采用了一種長壽命（6年）的電化學(xué)O2傳感器，該傳感器實際上是一種微型電流發(fā)生器，配合高精度的前置放大電路，直接輸出與濃度對應(yīng)的電壓進(jìn)入儀器測控系統(tǒng)。

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