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山东新泽仪器有限公司
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一、我国冶金行业的现状钢铁行业在我国的国民经济中，占有举足轻重的地位
一、我国冶金行业的现状
钢铁行业在我国的国民经济中，占有举足轻重的地位。作为制造业中心，中国的工业化发展的潜力很大，经济的持续增长，会为钢铁行业的发展提供动力。而今，中国的钢铁行业正经历着兼并重组，淘汰落后产能，优化产业布局，发展循环经济，实现节能减排的过程。钢铁行业健康稳步的发展，关系重大。
钢铁的冶炼过程实质上是原材料、燃料和成品的流转过程，在流转中伴随着大量气体产生，而在线检测分析这些过程气体是冶金工业生产工艺优化控制、安全和环保监控的关键技术之一。西门子是中国钢铁工业的合作伙伴，一直致力于推动中国钢铁工业自动化水平的不断提高。西门子分析仪器能够应用于钢铁行业中的炼钢、炼铁及烧结等各个装置，对降低能源消耗、保证生产安全等起着十分重要的作用，还对钢铁企业增大产能，提高产品质量有积极的效果。
二、高炉煤气为什么要安装SITRANS SL 原位激光分析仪
高炉冶炼是当今炼铁工艺中最主要的炼铁方法。时事检测出高炉煤气中各组分的含量可以及时反应出炉内状况，指导高炉的操作，从而保证了高炉稳定顺利的运行，同时为提高产品质量、产量起着十分重要的作用。
西门子分析仪可以在线检测高炉煤气中N2、CO、CO2、H2的含量，每一个周期自动向高炉控制中心提供一组准确、可靠的高炉煤气中各组份的百分含量。通过计算CO2/(CO+CO2)的比值来判断煤气利用率，控制焦煤比，一般在焦炭负荷不变的情况下比价降低，说明煤气利用率降低，预示着高炉转凉；通过观察H2的含量判断风口中小套高压水及炉身冷却壁常压水是否漏水，如果H2值增加，说明存在漏水，为防止爆炸，需尽快解决；通过对N2含量的检测，可推测出高炉的泄漏率。一般采样点选在重力除尘器后，布袋除尘前的煤气水平管道上。由于西门子分析仪拥有诸多技术优势，提高了测量的响应时间，保证了测量数据的可靠性。还有，分析仪表可以帮助测量热风炉出口的O2含量，优化高炉燃烧，提高产品质量。
另外，为了提高炼铁的经济性，降低成本，国内许多高炉采用喷烟煤或参喷烟煤完成炼铁工艺。由于烟煤挥发性和可燃性比较高，在磨煤机磨煤时，进入过多的氧气易引起爆炸，所以在磨煤机前的热风管道上以及磨煤机之后的布袋除尘器之后都要检测氧的含量，若氧含量过高，则要报警。在煤粉仓中，还要检测CO的含量，当CO含量过高时，需要及时冲氮，防止事故发生。
在高炉喷煤的应用中，西门子的SITRANS SL 原位激光分析仪都有很好的应用。其中，激光分析仪比起传统的抽取式的分析仪有他本身自有的优势。首先，激光分析仪采用原位式安装，直接安装于工艺管道上，省去了采样探头、采样管线和预处理系统。其次，激光分析仪维护起来非常简便，降低了维护费用。最后，激光分析仪的响应时间可达1秒，为安全保护系统及时提供数据，可以胜任关键点的测量。值得一提的是，虽然激光分析仪有诸多优势，但其不能*代替传统的分析仪表。在一些测量点上，比如磨煤机出口，煤粉仓等，由于含尘量非常大，激光的透光率会受到很大的影响，从而使得测量效果变差。这个时候只能采用传统抽取式分析仪来测量。
在钢铁行业中，西门子凭借其齐全的产品线，可以提供*的解决方案，如下图所示是西门子分析仪在高炉炼铁工艺中的应用。
三、选择SITRANS SL 原位激光分析仪正确的选择
1、SITRANS SL 原位激光分析仪产品简介
SITRANS SL是一款借助不同气体组份特定光吸收的测量原理的二极管激光气体分析仪。SITRANS SL适合于过程或燃料气体中的气体浓度的快速和非接触测量。传感器(发射器和接收器) 只需直接安装在监测的工艺气体管道上，无需采样系统。处理测量信号为一个浓度值、监控、控制和通讯服务的硬件都被集成于这两个主要的模块中。该传感器是为严厉环境条件下的操作而设计的。激光从变速器被发送，穿过过程气体，到达接收器端上的检测器。测量是通过借助一个非常短的响应时间而在线地执行的，允许过程控制中快速和有效的成本节省。激光的本质特性决定了单一的光谱可以不受干扰。由于激光的带宽特别窄，只有吸收光谱与之相吻合的气体组分才能够有（吸收）反应。由于激光技术所固有的优秀补偿能力，所以来自其它方面的干扰，例如灰尘和温度，就可很容易地被去除。在线的内置参比池充满了无干扰参比气体，是已存在的西门子TDL（可调谐二极管激光）技术优势的进一步发展，无需人为自标定而且维修要求低。
2、选择SITRANS SL 原位激光分析仪的理由
我国目前主要采用电捕焦油器捕集煤气中的焦油雾。电捕焦油器是利用高压静电作用下产生正负极，使煤气中的焦油雾在随煤气通过电捕焦油器时，由于受到高压电场的作用被捕集下来。由于煤气易燃易爆，如果煤气中混有氧气，当煤气与氧气的混合比例达到爆炸极*就会发生爆炸。因此氧含量的控制至关重要。而对O2浓度的在线检测主要采用传统的抽取式气体分析仪。这一技术对气体洁净度的要求十分苛刻，而气体检测采样过程当中的粉尘、焦油和液滴等其它杂质，很容易污染分析仪内部元器件，造成采样分析错误。在实际应用中, 需要通过蒸汽引射探头取样、多级除尘、除硫、除萘、除焦油、除酸雾、除水等、增压稳压、稳流、快速回路、伴热保温等样品处理方式来完成气体洁净度的要求，确保所使用的磁氧分析仪能够准确分析及长期使用。
由此可见，抽取式气体分析仪*依赖于气体的采样和预处理系统。如果一旦气体的采样和预处理达不到分析仪的要求，仪器就会处于瘫痪状态，同时要求日常维护工作量与维护的投入较大。整个分析过程的采样管线及预处理和分析仪之间距离较长，导致系统响应时间长，分析反应迟滞,不能很好地满足工业过程实时控制的要求。
焦炉煤气电捕焦油器典型工况
3、激光气体分析仪测量原理及SITRANS SL型激光分析仪的特点
由于各物质分子内部结构不同，分子的能级也千差万别，各能级之间的间隔也互不相同，这就决定了它们选择性地吸收不同波长的光线。
激光分析仪正是依据分子的特征吸收谱，以比尔-朗波特定律为理论基础，充分发挥激光的单色性、方向性与高亮度等特性，实现对某种特定气体进行浓度分析。如果已知某种气体成分的特征吸收波长和吸收常数，利用激光光源的强单色性，使波长正好等于该成分吸收波长的光透过气体，检测并分析得到光的吸收强度，结合激光在气体中的传播路径，就能得到待测成分的浓度。测量原理示意如图所示：
激光气体分析仪测量原理示意图与传统气体分析仪相比较，西门子公司的 SITRANS SL型激光气体分析仪具有如下优点:
（1）为提高测量灵敏性，减少其它气体分子的干扰,仪器采用了波长调制技术：将激光束的波长调节成被测气体分子所吸收的特定波长, 其它气体分子对激光束不再产生吸收，解决了背景气体的交叉干扰问题。
（2）“二次谐波处理"方法和“自动增益控制"技术专用于滤除粉尘影响及粉尘动态变化的情况。激光分析仪接收到的信号弱于发射信号的强度，这是粉尘阻挡与气体吸收共同作用的结果。粉尘对信号的影响是遮挡，信号强度在整个频谱范围内均有减弱，而气体分子是有选择性地吸收，可以理解为是某个频率的函数。“二次谐波处理"是将信号以数学级数的方式展开，只针对展开式的二次谐波信号进行分析，这样就可以确保消除粉尘等干扰信号，将粉尘等影响*去除。“自动增益控制"是一项智能控制技术，根据接收到的信号强度自动调节增益值，特别是当粉尘含量动态变化时，纵然原始接收信号的幅度变化剧烈，经自动增益处理后，总能限制在某一适当的幅度范围，既不过于微弱，也不会产生饱和失真的状况。正是由于采用“二次谐波处理"技术，不会因为信号经“自动增益控制"调控幅度而影响分析的准确性，两者相辅相成。
(3)分析仪器带自动标定功能。通过在光路上增加氧同位素模块，使得仪器在每个分析周期都可以使用同位素的频谱进行自我标定，确保仪器的零点和量程没有漂移，具备长期运行稳定性。
(4)无需采样预处理系统，具有现场安装测量、测量精度高、响应速度快等优点。
(5)激光分析仪具备ATEX II 2G Ex de op is IIC T6 / II 2 D Ex tD A21 IP65 T85˚C认证，适用于更多的危险环境应用。
4、SITRANS SL 原位激光分析仪应用
为了能够使激光气体分析仪准确而又有效的应用于电捕焦油器出口的氧含量检测这一特殊情况，基于激光气体分析仪的工作原理及电捕焦油器出口的现状，我们选择了SIEMENS SITRANS SL激光分析仪及与其配套的安装吹扫方式。
1）激光气体分析仪主要由带吹扫单元的发射装置、带吹扫单元的接收装置及处理单元构成工作原理，如图所显示。
2）激光气体分析仪测量示意图
其原理：发射装置和接受装置通过法兰安装在现场的气体管道的两侧,发射装置发出的红外激光发射到气体管道另一侧的接收装置上,由于管道内被测气体分子对激光束进行单线光谱吸收,导致激光某一吸收谱线的光能量发生改变，光能量变化情况与被测气体含量成对应关系，通过检测光能量变化情况就可以得出被测气体的浓度。
3）现场使用情况
如图所示，我们优化了安装方式，通过特制的一体化吹扫管光程系统，避免了焦油、粉尘对光窗的污染，保证了仪器的长期稳定运行。通过特制的吹扫气控制系统，确保了吹扫气的可选择范围更大，对吹扫气的质量、流量及压力做到更稳定的控制。
激光气体分析仪吹扫单元及安装示意图
4）主要特点
(1)原位安装，无需样品维护的成本及不确定性；
(2)实时测量分析，响应时间快，不存在滞后时间，确保用户设备的使用安全；
(3)吹扫气的吹扫，确保工艺中的水分、粉尘、焦油等有害物质污染光窗；
(4)测量灵敏性高，受其它气体分子的交叉干扰小；
(5)采用二次谐波技术，防止粉尘对测量的干扰；
(6)紧凑型的设计，确保其稳固耐用；
(7)内置参比池的设计，可自动标定，确保其测量稳定；
(8)自动增益控制，做到了动态烟尘补偿，避免了因工艺粉尘变化影响透光率；
5、SITRANS SL 原位激光分析仪图片展示
1）设备图
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