(一) 热值计算方法
煤气热值计算的分析系统是由取样探头、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,计算出煤气热值的分析系统。
分析系统通过取样探头把煤气从工艺管道中抽取出来,经过一级过滤、稳压、冷凝除湿、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一氧化碳、热导氢及电化学氧气气体分析仪器测出煤气中CO,H2,CH4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 CO、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或kcal/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的响应要快很多,直接燃烧法的热值仪输出值的滞后时间约6分钟左右,本系统计算热值几乎没有滞后时间。
图1:气体分析成套系统的组成框图
(二) 实现系统热值计算的步骤
3.1 煤气热值计算数学模型的搭建
分析系统通过气体分析仪器可测得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。
3.2 使用可编程控制器(PLC)计算热值并输出热值数学公式通过可编程控制器(PLC)软件编程来实现计算功能。
(1)组份含量对应的 4-20mA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ZERO,量程点为SPAN,实际的模数转换值为COUNT。
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 01111101 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)× (VALUE×100) /(SPAN − ZERO)×100}+ 400
3.3 煤气组份体积百分浓度及热值(KJ/M3或kcal/m3)的显示通过可编程序控制器(PLC)的编程,把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煤气中各组份的体积百分渡度值和热值量,更好的控制煤气的燃烧状况。
3.4煤气热值计算的分析系统已在诸多大型冶金企业投入使用多套,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。
三、系统技术指标和参数
㈠ 适用场所
该系统适用于电石炉生产过程中尾气监测热值的各处,分析CO、H2、CH4等气体浓度,全天候在线运行。
1.适用工况条件 :
① 烟气最大含尘量<200g/NM3
② 烟气温度:≤700℃
③ 取样点压力:-3KPa~0.3MPa左右
④ 含水量:5%VOL左右
2.适用环境条件:
① 适用于安全场所,仪表房内安装。
② 配置保护地线(接地电阻<4Ω)
③ 环境温度:+5~45℃
④ 相对湿度:20~85%
⑤ 大气压力:70~106KPa(当地大气压)
3.公共设施条件:
① 电源220V±10%,50HZ±1HZ,容量≥5KVA(无强干扰)
② 反吹气源:氮气(0.3~0.6MPa)
㈡ 分析仪器技术参数
测量组分
测量方法
量程
分辨率
精度
重复性误差
CO
红外传感器
100%
0.01%
≤1%
≤1%
CH4
红外传感器
10%
0.01%
≤1%
≤1%
H2
热导传感器
20%
0.01%
≤2%
≤1%
分析仪具备热值显示功能
※ 气体组分的量程可以根据客户要求定制。
气体流量
0.5~0.7 L/min
样气入口压力
50KPa
样气要求
除水(无冷凝);粉尘过滤(1μm);有些场合可能需要除油雾
响应时间
10秒 (NDIR)
预热时间
15~30分钟
通讯接口
RS485
模拟输出
4~20mA
工作温度
5~45℃
相对湿度
5~85%
大气压力
86~108kPa
工作电源
220V±44V 交流 50Hz±1Hz
外形尺寸
433mm×340mm×178mm(W×D×H)
仪器重量
约7.8kg
㈢ 系统技术参数
1.系统响应时间:≤9s
2.系统烟尘过滤精度:≤0.5μm
3.系统可靠性:MTBF>3年
4.取样探头免维护,系统维护周期>1年
5.具有自动、手动、反吹、校对、试漏功能。
6.输出信号:4-20MA,控制报警信号NO/NC,1A/220V
㈣ 系统主要特点
1.过滤原理创新,根本解决杂质堵塞问题。
2.采用自主创新专利技术,复合能量反吹清灰,解决烟尘板结问题。
3.系统具有在线取样分析功能,响应速度快,确保连续在线分析。
4.系统为全干法过滤,取样不失真,分析准确。
5.真正完全无人管理的全自动化系统。
6.热值直观显示,时时观察热值变化。
㈤ 系统安装技术要求
1.为保证系统能实时反映工况、减少滞后、保证安全。取样点与分析柜之间距离应尽可能短,一般不超过20米。
2.防爆分析柜外形尺寸:单点2000×800×600。前、后开门,进出管线在分析柜左侧下面。请留有空间。
3.分析房要求:分析房面积推荐大于3500×4000mm2。房内温度在+5~45℃范围内。
4.室外温度低于0℃时,室外排水管应有保温防冻措施。
㈥ 配管配线
配管:
⑴.样气电伴热输气管(由西安聚能仪器有限公司提供)
样气电伴热输气管(T/6.33.01): 30米标准长度,自限温度75℃。
伴热输气管任意加长将影响系统响应时间,若用户确需加长请在签订技术协议时注明,本公司将有偿提供。
用户自备:
⑵.反吹气:1/2"镀锌钢管。
⑶.排空管:1/2"镀锌钢管。
⑷.排水管:1/2"镀锌钢管。
2.配线:
用户电缆引线:向下至电缆槽沟
⑴.系统供电:工作电源 220VAC 50Hz
⑵.探头、管道伴热:220VAC 50Hz 电缆>2KVA
⑶.信号线:包括输入、输出 BV16×0.5塑胶线,应有备用线
详细情况请咨询:西安聚能仪器有限公司 贾维浩15891421187 18789429991
