燃燒式熱值分析儀在白灰窯生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用探討

賀建建，劉英飛，劉 真，王大偉

（陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司，陜西 神木 719319）

0 引言

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[1]，所以必須對入爐煤氣的熱值進(jìn)行分析，以便現(xiàn)場工作人員根據(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。煤氣中貢獻(xiàn)熱值的氣體有CO、CH4、CnHm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入爐煤氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測量，并根據(jù)成分濃度計(jì)算得出煤氣的熱值[2]。錦源化工1#白灰窯煤氣熱值分析選用德國尤尼CWD2005 一臺分析儀分別測量煤氣熱值，下面就其實(shí)際應(yīng)用展開探討。

1 燃燒式熱值分析儀的實(shí)際應(yīng)用

燃燒式熱值分析儀整套系統(tǒng)取樣過程采用電伴熱干法取樣，粗中細(xì)三級過濾（探頭過濾精度5 μm、霧過濾精度1 μm、精密過濾精度0.1 μm），同時(shí)采用德國尤尼原裝冷凝器、自然冷卻（霧過濾器），最終使檢測工藝達(dá)到進(jìn)入儀表的樣氣滿足組分不缺失、流量穩(wěn)定0.5～1 L/min、樣氣露點(diǎn)遠(yuǎn)低于室溫、固態(tài)雜質(zhì)小于0.1 μm 以滿足分析儀檢測要求。其具體工藝流程系統(tǒng)見圖1。

1.1 取樣單元

1）取樣單元主要包括取樣探頭（不銹鋼材質(zhì)）、手動型球閥、過濾腔（電加熱）、反吹單元等幾個(gè)組成部分。其中過濾腔的內(nèi)部配有燭芯式過濾器，過濾器是由特制的陶瓷制作而成，其主要的作用是對被測量的氣體進(jìn)行取樣、對氣體進(jìn)行粗過濾，過濾的密度與精度分別為200 目、5 μm，可以過濾掉氣體中98%的粉塵。

2）對探頭濾芯進(jìn)行更換無需特制、專用工具，操作人員可以在現(xiàn)場獨(dú)立完成，不需要拆除取樣的管線，防止外部氣摻入樣氣系統(tǒng)，同時(shí)還可以降低取樣探頭的連接處出現(xiàn)漏氣的幾率。

3）應(yīng)用帶式電加熱器針對取樣探頭和管道開展伴熱，利用加熱器調(diào)節(jié)過濾腔溫度，可以依據(jù)地域、季節(jié)變化等將溫度設(shè)置在120～200 ℃之間，保障樣氣取樣后的溫度保持在其露點(diǎn)以上，同時(shí)也可以防止粉塵、冷凝的水滴等形成凝結(jié)物對氣路產(chǎn)生堵塞。

1.2 預(yù)處理單元

預(yù)處理單元需解決樣氣高溫下清除（微小粉塵、有機(jī)結(jié)晶物、飽和水汽等）有害雜質(zhì)連續(xù)取樣的難題。待檢測氣體含有粉塵、水汽、焦油、腐蝕性雜質(zhì)，所以預(yù)處理單元應(yīng)具有降溫、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、過濾、脫硫、干燥、抗腐蝕等必要功能，并且現(xiàn)場維護(hù)周期大于三個(gè)月。預(yù)處理單元具有以下特點(diǎn)：

1）采用國際先進(jìn)的壓縮機(jī)制冷技術(shù)，高效快捷地冷卻樣品氣，使有害成分急劇冷凝，玻璃換熱管，帶高低溫顯示輸出及制冷器故障報(bào)警輸出。專利方法迅速冷卻，組分不丟失；

2）采用特殊的汽液分離技術(shù)，有效地分離樣品中的冷凝物；

3）全干法流程，取樣系統(tǒng)、取樣管線、各類柜內(nèi)管線及接頭（與樣氣接觸部分考慮到之前現(xiàn)場強(qiáng)腐蝕特點(diǎn)材質(zhì)選擇316SS 或PTFE）、抽氣泵等均采用防腐不銹鋼、聚四氟乙烯材料或特殊防腐處理，提高了系統(tǒng)防腐性，保證了系統(tǒng)使用壽命。系統(tǒng)采用了由取樣探頭過濾器（第一級）、霧過濾器（第二級）和精密過濾器（第三級）所組成的三級過濾方式，對粉塵等機(jī)械雜質(zhì)得到了徹底地凈化[3]。第一，冷凝器：適合于高溫環(huán)境，以防止氣體溫度降低到露點(diǎn)以下而引起的冷凝。避免因氣體總量的變化而產(chǎn)生誤差，選擇壓縮機(jī)制冷器優(yōu)勢在于制冷量大，降溫速度快、制冷效果受環(huán)境溫度影響小。第二，霧過濾器：由一體鋼化玻璃，PVC微孔材料過濾芯組成，其功能為分離冷凝水，進(jìn)一步過濾從取樣探頭進(jìn)入的直徑小于5 μm 粉塵，并可除去酸霧，是整個(gè)系統(tǒng)的第二級過濾器，過濾精度為1 μm，過濾芯為一次性使用，正常更換周期6 個(gè)月，最短不小于3 個(gè)月。第三：放散器（FU）。用來收集樣氣、冷凝液，緩沖氣體，排出樣氣，在系統(tǒng)中通常指排液、放空、排氣、反吹分類歸于閥件管接件類。

流量控制儀表：放散多余的樣氣流量，測量范圍：25～250 L/h，配管：Φ8 聚四氟管。

氣路控制閥件：吹掃氮?dú)馐謩娱y，檢測-標(biāo)校切換閥，零氣-量程校準(zhǔn)氣切換閥，樣品流量調(diào)節(jié)閥，完成氣量調(diào)節(jié)。

1.3 正壓保護(hù)裝置

ST9100CN 過程氣體分析系統(tǒng)裝有專門的防爆裝置，分析柜應(yīng)用的是正壓防爆，防爆的等級是ExdeibpxⅡCT6Gb，將壓縮空氣作為保護(hù)氣體通進(jìn)箱體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)正壓防爆的效果。另外，系統(tǒng)連鎖控制應(yīng)用的為隔爆設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)置有信號處理模塊、壓力傳感模塊、信息顯示模塊和電源控制模塊等，能夠?qū)Ψ治龉裰械谋Ｗo(hù)性氣體壓力實(shí)況開展實(shí)時(shí)性檢測及控制，保障系統(tǒng)能夠安全應(yīng)用于危險(xiǎn)場所。

1.4 標(biāo)校單元

由校對開關(guān)閥（面板安裝）、8 L 標(biāo)準(zhǔn)樣氣及鋼瓶（第三方鑒定機(jī)構(gòu)出品）、氣瓶減壓閥等組成，完成對分析儀器的定期標(biāo)定。其他性能：

1）采用借鑒航空技術(shù)特制鈦合金孔式取樣過濾器，其優(yōu)勢為：高強(qiáng)度、2 mm 薄過濾層、良好的透氣性、較強(qiáng)的再生力、較高的過濾效率等，現(xiàn)場維護(hù)周期應(yīng)在3 個(gè)月以上，相對較長。

2）應(yīng)用進(jìn)口的膜式抽氣泵，具備較高的性能，泵體與氣體接觸之處應(yīng)用的為防腐性材料，具備的優(yōu)勢為：防腐蝕性強(qiáng)大、臭氣量較大、耐溫性高、應(yīng)用壽命長、維護(hù)量小等。

3）該裝置的預(yù)處理應(yīng)用的為特殊性設(shè)計(jì)，凈化方式應(yīng)用的為分級過濾、粗過濾、細(xì)過濾三者結(jié)合，經(jīng)過了長期的實(shí)踐，對于高粉塵、高腐蝕、高濕度工況下的維護(hù)量大，在線連續(xù)運(yùn)行率低的難題進(jìn)行了有效解決，延長了系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間。

4）高性能分析儀器：選用原裝進(jìn)口德國尤尼熱值儀。具有不怕氣態(tài)水分、不怕灰塵、不怕腐蝕、環(huán)境溫度變化影響小的特點(diǎn)，而且儀器內(nèi)沒有活動部件，不怕振動影響，工作穩(wěn)定，不需要經(jīng)常校驗(yàn)，使用壽命長達(dá)五年以上。

5）運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)量小，長期工作損耗幾乎為零。

2 分析儀應(yīng)用常見問題及日常維護(hù)

2.1 采樣探頭

每日檢查：采樣探頭加熱溫度參數(shù)是否正常。每月維護(hù)：探頭加熱斷電，待自然冷卻后，抽出探頭過濾器，檢査濾芯清潔度，并用壓縮空氣吹掃清潔，檢査探頭濾芯兩端密封，是否有縫隙。

2.2 采樣管線

每日檢查采樣管線伴熱溫度，溫控儀顯示工作溫度應(yīng)在120 ℃左右。每月維護(hù)：檢查溫控儀，固態(tài)繼電器接點(diǎn)，線路接點(diǎn)緊固。

2.3 冷凝器

每日檢查制冷效果是否變差。每月維護(hù)：檢查冷凝器冷腔接頭并緊固。

2.4 樣氣管路

每日對管路有無漏氣、接頭松動現(xiàn)象進(jìn)行檢查。每月維護(hù)：用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，檢查樣氣管路無漏氣、接頭進(jìn)行重新加固。

2.5 抽氣泵

每日檢查抽氣泵是否正常工作，抽氣泵風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。每月維護(hù)：抽氣泵解體維護(hù)，檢查膜片，并用抹布擦拭。

2.6 精細(xì)過濾器

每日檢查精細(xì)過濾器是否有凝水、顆粒物。每月維護(hù)：檢查精細(xì)過濾器濾芯清潔度，如有大量雜質(zhì)顆粒物，進(jìn)行清潔或更換。

2.7 霧過濾器

每日檢查濾芯是否堵塞。每月更換濾芯。

2.8 其他

對于流量計(jì)，應(yīng)每日檢查其流量應(yīng)在1 L/min 左右，不小于500 mL/min。每月清理流量計(jì)管壁雜物。對于排水管路，應(yīng)每日檢查排水是否堵塞，每月檢查排水管路通暢。對于電氣按鈕，每日檢查電氣按鈕工作是否正常。

3 結(jié)語

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。