燃烧式热值分析仪在白灰窑生产工艺中的应用探讨

贺建建，刘英飞，刘 真，王大伟

（陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木 719319）

0 引言

由于气烧石灰窑的煅烧温度关系到石灰质量，煅烧温度又与入炉煤气的热值直接相关，同时入炉煤气热值高、火焰短等因素易造成石灰窑的过烧或生烧现象[1]，所以必须对入炉煤气的热值进行分析，以便现场工作人员根据实际工况调节窑内煅烧温度，提高气烧石灰窑的生产效率与企业经济效益。煤气中贡献热值的气体有CO、CH4、CnHm和H2，所以在实际生产过程中，企业多采用在线煤气成分及热值分析仪对入炉煤气浓度进行实时在线测量，并根据成分浓度计算得出煤气的热值[2]。锦源化工1#白灰窑煤气热值分析选用德国尤尼CWD2005 一台分析仪分别测量煤气热值，下面就其实际应用展开探讨。

1 燃烧式热值分析仪的实际应用

燃烧式热值分析仪整套系统取样过程采用电伴热干法取样，粗中细三级过滤（探头过滤精度5 μm、雾过滤精度1 μm、精密过滤精度0.1 μm），同时采用德国尤尼原装冷凝器、自然冷却（雾过滤器），最终使检测工艺达到进入仪表的样气满足组分不缺失、流量稳定0.5～1 L/min、样气露点远低于室温、固态杂质小于0.1 μm 以满足分析仪检测要求。其具体工艺流程系统见图1。

1.1 取样单元

1）取样单元主要包括取样探头（不锈钢材质）、手动型球阀、过滤腔（电加热）、反吹单元等几个组成部分。其中过滤腔的内部配有烛芯式过滤器，过滤器是由特制的陶瓷制作而成，其主要的作用是对被测量的气体进行取样、对气体进行粗过滤，过滤的密度与精度分别为200 目、5 μm，可以过滤掉气体中98%的粉尘。

2）对探头滤芯进行更换无需特制、专用工具，操作人员可以在现场独立完成，不需要拆除取样的管线，防止外部气掺入样气系统，同时还可以降低取样探头的连接处出现漏气的几率。

3）应用带式电加热器针对取样探头和管道开展伴热，利用加热器调节过滤腔温度，可以依据地域、季节变化等将温度设置在120～200 ℃之间，保障样气取样后的温度保持在其露点以上，同时也可以防止粉尘、冷凝的水滴等形成凝结物对气路产生堵塞。

1.2 预处理单元

预处理单元需解决样气高温下清除（微小粉尘、有机结晶物、饱和水汽等）有害杂质连续取样的难题。待检测气体含有粉尘、水汽、焦油、腐蚀性杂质，所以预处理单元应具有降温、稳压、稳流、过滤、脱硫、干燥、抗腐蚀等必要功能，并且现场维护周期大于三个月。预处理单元具有以下特点：

1）采用国际先进的压缩机制冷技术，高效快捷地冷却样品气，使有害成分急剧冷凝，玻璃换热管，带高低温显示输出及制冷器故障报警输出。专利方法迅速冷却，组分不丢失；

2）采用特殊的汽液分离技术，有效地分离样品中的冷凝物；

3）全干法流程，取样系统、取样管线、各类柜内管线及接头（与样气接触部分考虑到之前现场强腐蚀特点材质选择316SS 或PTFE）、抽气泵等均采用防腐不锈钢、聚四氟乙烯材料或特殊防腐处理，提高了系统防腐性，保证了系统使用寿命。系统采用了由取样探头过滤器（第一级）、雾过滤器（第二级）和精密过滤器（第三级）所组成的三级过滤方式，对粉尘等机械杂质得到了彻底地净化[3]。第一，冷凝器：适合于高温环境，以防止气体温度降低到露点以下而引起的冷凝。避免因气体总量的变化而产生误差，选择压缩机制冷器优势在于制冷量大，降温速度快、制冷效果受环境温度影响小。第二，雾过滤器：由一体钢化玻璃，PVC微孔材料过滤芯组成，其功能为分离冷凝水，进一步过滤从取样探头进入的直径小于5 μm 粉尘，并可除去酸雾，是整个系统的第二级过滤器，过滤精度为1 μm，过滤芯为一次性使用，正常更换周期6 个月，最短不小于3 个月。第三：放散器（FU）。用来收集样气、冷凝液，缓冲气体，排出样气，在系统中通常指排液、放空、排气、反吹分类归于阀件管接件类。

流量控制仪表：放散多余的样气流量，测量范围：25～250 L/h，配管：Φ8 聚四氟管。

气路控制阀件：吹扫氮气手动阀，检测-标校切换阀，零气-量程校准气切换阀，样品流量调节阀，完成气量调节。

1.3 正压保护装置

ST9100CN 过程气体分析系统装有专门的防爆装置，分析柜应用的是正压防爆，防爆的等级是ExdeibpxⅡCT6Gb，将压缩空气作为保护气体通进箱体内，实现正压防爆的效果。另外，系统连锁控制应用的为隔爆设计，内部设置有信号处理模块、压力传感模块、信息显示模块和电源控制模块等，能够对分析柜中的保护性气体压力实况开展实时性检测及控制，保障系统能够安全应用于危险场所。

1.4 标校单元

由校对开关阀（面板安装）、8 L 标准样气及钢瓶（第三方鉴定机构出品）、气瓶减压阀等组成，完成对分析仪器的定期标定。其他性能：

1）采用借鉴航空技术特制钛合金孔式取样过滤器，其优势为：高强度、2 mm 薄过滤层、良好的透气性、较强的再生力、较高的过滤效率等，现场维护周期应在3 个月以上，相对较长。

2）应用进口的膜式抽气泵，具备较高的性能，泵体与气体接触之处应用的为防腐性材料，具备的优势为：防腐蚀性强大、臭气量较大、耐温性高、应用寿命长、维护量小等。

3）该装置的预处理应用的为特殊性设计，净化方式应用的为分级过滤、粗过滤、细过滤三者结合，经过了长期的实践，对于高粉尘、高腐蚀、高湿度工况下的维护量大，在线连续运行率低的难题进行了有效解决，延长了系统运行的时间。

4）高性能分析仪器：选用原装进口德国尤尼热值仪。具有不怕气态水分、不怕灰尘、不怕腐蚀、环境温度变化影响小的特点，而且仪器内没有活动部件，不怕振动影响，工作稳定，不需要经常校验，使用寿命长达五年以上。

5）运行费用低，维护量小，长期工作损耗几乎为零。

2 分析仪应用常见问题及日常维护

2.1 采样探头

每日检查：采样探头加热温度参数是否正常。每月维护：探头加热断电，待自然冷却后，抽出探头过滤器，检査滤芯清洁度，并用压缩空气吹扫清洁，检査探头滤芯两端密封，是否有缝隙。

2.2 采样管线

每日检查采样管线伴热温度，温控仪显示工作温度应在120 ℃左右。每月维护：检查温控仪，固态继电器接点，线路接点紧固。

2.3 冷凝器

每日检查制冷效果是否变差。每月维护：检查冷凝器冷腔接头并紧固。

2.4 样气管路

每日对管路有无漏气、接头松动现象进行检查。每月维护：用压缩空气进行吹扫，检查样气管路无漏气、接头进行重新加固。

2.5 抽气泵

每日检查抽气泵是否正常工作，抽气泵风扇运转是否正常。每月维护：抽气泵解体维护，检查膜片，并用抹布擦拭。

2.6 精细过滤器

每日检查精细过滤器是否有凝水、颗粒物。每月维护：检查精细过滤器滤芯清洁度，如有大量杂质颗粒物，进行清洁或更换。

2.7 雾过滤器

每日检查滤芯是否堵塞。每月更换滤芯。

2.8 其他

对于流量计，应每日检查其流量应在1 L/min 左右，不小于500 mL/min。每月清理流量计管壁杂物。对于排水管路，应每日检查排水是否堵塞，每月检查排水管路通畅。对于电气按钮，每日检查电气按钮工作是否正常。

3 结语

高准确度的煤气热值有利于正确指导工作人员调节现场工况，保证石灰窑炉的煅烧温度，既能提高出炉石灰的质量，又可合理使用回收煤气，真正地实现节能降耗，提高企业经济效益。