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【摘要】在冶金行业的燃气厂里，为了充分利用能源及减少大气污染，把高炉煤气与焦炉煤气混合后输送给下游的各个煤气用户，那么混合煤气的热值直接影响到下游加热炉的燃烧状况，热值数据的获得将显得尤为重要，但是传统的热值仪测量存在很多弊端，诸如响应时间长、测量范围窄、易冰堵等现象，为了解决这个矛盾，本文将介绍通过测量混合煤气组份体积百分含量来计算热值的在线气体分析成套系统。

       1. 引言节能环保是当今发展的主题，为了充分利用能源，节能减排，在众多钢铁公司的燃气厂里，通常是把高炉煤气与焦炉煤气混合后输送给下游的各个煤气用户使用，混合煤气热值数据的获得将显 得十分重要，因为这直接影响到以混合煤气为燃料的加热炉的燃烧状况，对它控制的好坏直接影响到产物的质量和能源的有效利用。传统的热值仪存在成本高、响应时间长、测量范围窄、易冰堵停机 等现象，而在线气体分析成套系统（以下简称分析系统)通过测量相应的气体组份的百分比浓度来计 算出热值的方法能快速、准确、连续地获得混合煤气的热值，下面将对应用于煤气热值计算的分析系统做详细介绍。

       2.  热值仪在钢铁公司应用中存在的问题煤气热值仪是应用热平衡原理对燃气热值进行连续测量的，但在钢铁公司应用中存在如下问题。

(1)   热值仪检测要求煤气洁净程度较高，否则节流孔板易被杂质堵塞，导致气路受阻，煤气差压不 能恒定，热值运算精度降低；

(2)   煤气处理过程中使用醋酸铅饱和溶液脱硫、去除焦油等腐蚀物，使实际处理综合反应时间长， 煤气成分易发生变化，发热量检出与热量计测量值相差较大，醋酸铅饱和溶液失效，频繁更换不仅造成热值检测中断，而且工作量大，原料浪费也较大。

(3)   热值仪电源装置、电气线路、仪表本身处于腐蚀环境中，长久造成电气元件腐蚀，线路电缆老化引起短路，仪器接点易生锈、粘结或断裂，而温控仪、点火器、检测元件均采用非标准件，订货困难，因此不可能得到及时维护，造成检测控制中断，不能及时点火燃烧等现状。由于存在上述问题，使得热值仪应用困难重重，而煤气热值计算的分析系统能自动、连续、可 靠地进行样品采集、处理、分析、计算、显示，维护量很小。

      3.系统的组成及热值计算原理高炉煤气是在高炉内焦炭与热风炉反应生成的气体，是一种低热值的气体燃料，主要成份包括 CO2(11.2%?18.8%)、颁翱(23.2%?27%)、贬2(2%?2.4%)、颁贬4(0?0.1%)、狈2(55.5%?59.8%);焦炉煤气是炼焦炉在产出焦炭和焦油产物的同时所得到的可燃气体，是一种高热值气体燃料，主要成份包括颁02(1.5%?3%)、颁0(5%?8%)、贬2(55%?60%)、颁贬4(23?27%)、N2 (3%?7%);混合煤气是 在高炉煤气中加入焦炉煤气而得到的相对热值较高的气体燃料，经加压后输送给各加热炉以提高综合利用效率.混合煤气热值计算的分析系统（如图一）是由取样探头、取样伴热单元、吹扫单元、取样预处 理单元、流量调节单元、气路切换单元、气体分析仪器、PLC程序控制单元、模拟量输入输出单元、 显示单元、标气单元等部份组成，能够连续测量被测气体组份体积百分浓度，计算出混合煤气热值的分析系统。分析系统通过取样探头把混合煤气从工艺管道中抽取出来，经过一级过滤、稳压、冷凝除水、 精细过滤获得能够满足气体分析仪器要求的干燥样气，通过流量调节进入红外、热导气体分析仪器测出混合煤气中CO，H2，CH4，C02等组份的体积百分含量，系统整个工作过程都通过可编程控制器(PLC)来实现自动控制，各组份体积百分含量对应的4?20mA电流信号接入PLC模拟量输入输出模块， 由于C0、CH4、H2各个组份具有不同的热值，根据组份体积百分含量与对应的单一组份热值之间存在的关系，通过搭建数学模型，经过数学公式运算即可获得混合煤气的热值。热值的计算过程通过 可编程控制器（PLC)软件编程实现。各个组份的体积百分含量对应的电流信号通过可编程控制器(PLC)从PLC模拟量输入输出模块不断读取，经过计算得到在线混合煤气的热值，热值量对应的模拟4?20mA电流信号通过PLC模拟量输入输出模块传送到CCR系统中，同时通过液晶显示屏可直观地监 测到各个组份体积百分含量值及热值量（KJ/M3)。实践证明，使用气体组份体积百分含量计算热值所得到的结果与热值仪测量出的结果趋势基本一致，但计算热值要比热值仪的测量输出对过程变化

图一：气体分析成套系统的组成框图

4.实现系统热值计算的步骤
4.1混合煤气热值计算数学模型的搭建
分析系统通过红外、热导气体分析仪器可测得混合煤气中各组份的体积百分浓度值，根据组份 体积百分浓度与对应的单一组份热值之间存在的关系，首先搭建数学模型，获得数学公式，然后通 过数学公式运算即可获得混合煤气的热值。
4.2使用可编程控制器（笔尝颁)计算热值并输出
热值数学公式通过可编程控制器（笔尝颁)软件编程来实现计算功能。
(1)组份含量对应的4-20尘础电流转换为实际值
PLC可编程控制器模数转换后的数字值低3位和最高位为0，右移3位后，0-20mA的电流对应 0-4096 的数字，因此，4-20mA 对应 819-4096。
假设实际值的零点为窜贰搁翱，量程点为厂笔础狈，实际的模数转换值为颁翱鲍狈罢。
           实际值=(SPAN-ZERO) x (COUNT-819)/4096-819

 (2)实际值转换为4-20mA电流 PLC可编程控制器模数转换需要的数字量在数字的第4-14位，其它位为0，因此，分辩率为11 位，模拟输出的范围为0—32000，即2进制的0—0000 0111 1101 0000 0000。右移4位后为0-2000， 因此，可以认为0-20mA的电流输出与0-2000对应，4-20mA与400-2000对应。
      假设实际值的零点为ZERO，量程点为SPAN，实际值为VALUE。式中将VALUE扩大100倍是因为在PLC 中的计算为整数计算，为提高计算精度！
（2000-400）齿（痴础尝鲍贰虫100）/(厂笔础狈-窜贰搁翱)+400

4.3混合煤气组份体积百分浓度及热值（KJ/M3)的显示通过可编程序控制器（PLC)的编程，把混合煤气的组份体积百分浓度和热值量在文本显示器 上显示，以使用户更直观地监测到混合煤气中各组份的体积百分渡度值和热值量，更好的控制混合 煤气的燃烧状况。

5.结束语
      混合煤气热值计算的分析系统已在湘钢、涟钢、新钢等诸多大型钢铁公司投入使用多套，实践 证明，本系统响应时间短、操作方便，直观，数据准确，根据组份体积浓度计算热值的方法得到广泛认可，完全能替代传统的热值仪测量热值的方式。混合煤气的有效利用既提高了加热效率，减少了大气污染，又增加了经济效益。