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方案概述

合作背景

河北普陽鋼鐵有限公司是一家中外合資企業(yè)，始建于1992年。集燒結、煉鐵、軋材、科研為一體的綜合型鋼鐵企業(yè)。位于革命老區(qū)河北省邯鄲市武安市西部山區(qū)陽邑鎮(zhèn)。其中河北普陽鋼鐵有限公司軋板廠是二十一世紀新建的大型軋鋼企業(yè)，它擁有500mm 四輥可逆式中厚板軋機。

創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的不竭動力。普陽鋼鐵始終堅持技術創(chuàng)新，推動高質量發(fā)展。不斷加大科技資金投入，2016年投入研發(fā)經(jīng)費4.6億元，2017年投入6.28億元，2018年專項投入1.2億元與東北大學合作進行淬火機熱處理項目升級，為生產(chǎn)海工用鋼、高強度工程機械用鋼等打好基礎，進行產(chǎn)品的轉型升級。

項目介紹

隨著河北省實施《煉焦化學工業(yè)大氣污染物超低排放標準》和《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標準》，國家環(huán)保進入了最嚴階段，鋼鐵熱處理領域也面臨嚴峻挑戰(zhàn)。越來越多的焦爐被關停，焦爐煤氣正成為稀缺資源，沒有焦爐煤氣混合的高爐或轉爐煤氣熱值較低，很難安全燃燒，一直未能在高品質熱處理爐上成功穩(wěn)定使用。而采用天然氣在很多地區(qū)又不具備條件，并且價格昂貴、噸鋼燃氣成本高。加上熱處理爐尾氣環(huán)節(jié)殘氧含量檢測方案的缺陷和缺失，熱處理環(huán)節(jié)也經(jīng)常出現(xiàn)鋼坯發(fā)紅，燒損嚴重等問題。

因此，通過在熱處理爐前端對燃氣進行熱值檢測，使低熱值的高爐或轉爐煤氣，能更好的實現(xiàn)穩(wěn)定、安全加熱；在熱處理爐后端進行尾氣檢測，對優(yōu)化空燃比，減少燒損，提高能效。實現(xiàn)熱處理環(huán)節(jié)閉環(huán)控制，對于工藝優(yōu)化與節(jié)能環(huán)保具有重大意義。

2018年，軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室承擔的河北普陽鋼鐵中板廠熱處理線項目，選用了四方光電（武漢）儀器有限公司的在線氣體檢測系統(tǒng)（Gasboard-9031、Gasboard-9050）,熱處理爐11月成功點火，目前已經(jīng)實現(xiàn)正火、淬火、回火工藝的穩(wěn)定生產(chǎn)。該項目成功突破了面向低熱值高爐煤氣的超低排放加熱技術，解決了低熱值煤氣不易點火、燃燒不穩(wěn)定、爆燃等難題，為鋼鐵企業(yè)因國家環(huán)保升級缺焦、爐內(nèi)工藝穩(wěn)定問題提供了一條有效的解決途徑。

方案內(nèi)容

一、在線氣體分析系統(tǒng)Gasboard-9031EX

Gasboard-9031在線氣體分析系統(tǒng)針對樣氣中低粉塵工況設計，由預處理單元、控制單元、氣體分析單元三部分構成；采用自主知識產(chǎn)權的非分光紅外（NDIR）氣體分析技術，可實時連續(xù)同時測量煤氣、生物燃氣的熱值，以及CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等多組分氣體的體積濃度和熱值計算；有利于提高煤氣利用效率、節(jié)能降耗、保證工業(yè)現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。測試數(shù)據(jù)可通過RS-232或RS-485、4~20mA輸出接口傳輸?shù)缴霞壖锌刂葡到y(tǒng)，為實現(xiàn)遠程的監(jiān)測、工藝調整提供實時依據(jù)。

熱值單位Kcal/m3和MJ/m3可以自由切換。

產(chǎn)品特性

1、預處理單元：使用壽命長、性能穩(wěn)。采用不銹鋼、電加熱溫控干法取樣探頭，使用壽命長、精度高;利用最新反吹掃技術解決探頭堵塞問題，保證分析系統(tǒng)的可靠性；配置單級制冷器去除樣氣中的水分，實現(xiàn)兩級過濾，確保儀器長期在線運行。

2、控制單元：全自動化檢測，操作簡單。采用PLC程序控制，自動完成采樣、反吹、排水等操作。

3、氣體分析單元：同時測量氣體體積濃度與熱值。采用自主知識產(chǎn)權的煤氣分析儀Gasboard-3100（在線型）進行氣體在線分析檢測，可同時測量CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等多組分氣體的體積濃度，自動計算并顯示煤氣、生物燃氣熱值，替代燃燒法熱值儀。

4、低維護、低運行成本：實時在線監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況，無需人工值守，極大降低企業(yè)成本。

5、數(shù)據(jù)智能化管理：可通過多種接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴霞壖锌刂葡到y(tǒng)，為實現(xiàn)遠程監(jiān)測、調整現(xiàn)場工藝提供實時依據(jù)。

6、準確測量混合氣中的H2濃度，氣體采樣流量變化對H2熱導傳感器測量結果無影響，測量氣體濃度的同時，自動計算熱值。

二、固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）Gasboard-9050

Gasboard-9050固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）針對大型工業(yè)煙囪等固定污染源廢氣濃度監(jiān)測自主研發(fā)的在線氣體分析系統(tǒng)，可對熱處理爐尾氣中CO、CO2、O2等成分進行動態(tài)連續(xù)監(jiān)測，氧氣檢測不受還原性氣體（如CO、CH4、H2）影響，保證測量結果準確可靠。同時可測量煙氣的流速、壓力、溫度、濕度、含氧量等數(shù)據(jù)，自動記錄污染物排放總量和排放時間，并通過PSTN、GPRS、CDMA等通訊手段將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到管理部門，實現(xiàn)對污染源排放的遠程實時監(jiān)測。

產(chǎn)品特性

1、專業(yè)化采樣及預處理裝置

采用加熱抽取法連續(xù)監(jiān)測氣態(tài)污染物，采樣探頭過濾面積大，濾芯更換方便。預處理系統(tǒng)主設備采用進口器件，有效防水、防塵、防腐、防堵，適應惡劣煙道環(huán)境。系統(tǒng)功能豐富，可實現(xiàn)自動取樣、吹掃、校準、故障自診斷、報警等功能。

2、超低量程設計

測量范圍小于200ppm，滿足國家環(huán)保行業(yè)標準;分辨率達到1ppm，適用于低濃度煙氣認證。

3、測量準確度高

氣體分析單元采用非分光紅外氣體分析技術及長壽命電化學傳感技術，傳感器使用壽命長，多組分測量氣體間無交叉干擾，煙氣中氣態(tài)水對SO2、NO測量無影響，采樣流量對SO2、NO、CO的測量無影響，測量準確度高。

4、工作性能穩(wěn)定

儀表機柜采用模塊化設計，系統(tǒng)結構簡明、穩(wěn)定性強，高自動化低維護，無需人工值守即可實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，大幅減輕企業(yè)人工成本。

5、數(shù)據(jù)遠程實時監(jiān)測

PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能齊全，操作直觀簡便，并支持網(wǎng)絡擴建及系統(tǒng)擴展。具備多種數(shù)據(jù)輸出端口實現(xiàn)對污染源排放的遠程實時監(jiān)測。

方案特點

技術方案

整個技術方案由三部分組成：包含預處理裝置、分析儀、通訊及數(shù)據(jù)導出。

預處理裝置：氣體進入分析儀傳感器之前進行除塵、除水，同時，在除塵、除水的過程中待測氣體組分不被改變。

除塵：采用加熱過濾取樣探頭（5um）（濾過后粉塵≤200mg/m3）

除水：一級過濾精度為5um的氣水分離器；半導體冷凝器（輸出樣氣露點≤5℃）；一級過濾精度為0.1um的精密過濾器。（Gasboard-9050系統(tǒng)還配置蠕動泵自動排水單元，確保系統(tǒng)能完成正常采樣，排水過程。）

樣氣得到凈化后，基本已清除樣氣中粉塵和水分，同時樣氣的待測成分得以完整保留。

分析儀：本系統(tǒng)分析儀表采用了四方光電（武漢）儀器有限公司擁有自主知識產(chǎn)權的Gasboard-3100/Gasboard-3000在線紅外煤氣分析儀，Gasboard-3100能夠同時準確測量樣氣中CO、CO2、CH4、H2、O2的濃度，并且具有在線動態(tài)補償功能，能有效消除CO、CH4、CnHm氣體對H2檢測的影響。實時計算顯示煤氣熱值。Gasboard-3000能同時測量O2、CO、NO并實時輸出，氧氣測量不受還原性氣體影響。

通訊及數(shù)據(jù)導出：采用4~20mA信號輸出，連結客戶現(xiàn)場控制平臺，實時監(jiān)測熱值數(shù)據(jù)。

方案價值

本項目業(yè)主根據(jù)實時燃氣熱值以及尾氣成分殘氧量變化，進行閉環(huán)工藝調節(jié)。控制空燃比。在穩(wěn)定爐溫，保障生產(chǎn)的基礎上，優(yōu)化燃燒，優(yōu)化燃氣利用率。實現(xiàn)了高爐轉爐低熱值混合煤氣，能夠在中厚板軋制這種高品質熱處理爐上穩(wěn)定運用。整套設備操作簡單，響應時間快，并通過4~20mA信號輸出，連結客戶中控平臺，便于業(yè)主遠程監(jiān)測與工藝管控?？梢詾楹罄m(xù)產(chǎn)線進一步優(yōu)化以及后期自動燒鋼提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

該設備熱處理爐于2019年11月成功點火，目前已經(jīng)實現(xiàn)正火、淬火、回火工藝的穩(wěn)定生產(chǎn)。其中熱處理爐工作溫度300℃-980℃，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室采用低熱值煤氣超低排放型輻射管燒嘴脈沖燃燒，根據(jù)實時檢測數(shù)據(jù)建立低熱值煤氣專用燃燒控制系統(tǒng)及控制策略，通過工藝過程的精準執(zhí)行，爐溫控制精度±5℃以內(nèi)，實現(xiàn)了低熱值煤氣在熱處理爐上的成功穩(wěn)定應用，為普陽鋼鐵的產(chǎn)品升級提供了可靠的基礎。

項目現(xiàn)場