在線檢測氧化鋁焙燒窯窯尾煙氣中一氧化碳濃度
2022.07.05
1問題的提出
氧化鋁焙燒窯自投產(chǎn)以來，窯尾排煙機(jī)爆炸事故屢屢頻發(fā)，給企業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。以重油為燃料的氧化鋁焙燒窯，在運(yùn)行中當(dāng)供風(fēng)不足時，燃燒不完全產(chǎn)生的可燃性氣體會隨煙氣一起排入窯尾，當(dāng)其達(dá)到一定數(shù)量時遇到火種即會發(fā)生爆炸。下表是焙燒窯窯尾氣體成分的隨機(jī)測定數(shù)據(jù)，可見一氧化碳濃度較高。因此，以窯尾氣體中一氧化碳為檢測對象是合適的。焙燒窯窯尾氣體成分的隨機(jī)測定數(shù)據(jù)見表1。
2 測定方法
2.1 采樣點(diǎn)的確定
采樣點(diǎn)可選擇兩處∶一是排煙機(jī)進(jìn)口附近，二是焙燒窯窯筒尾部（距密封圈1.0m處）。選擇后者可以排除從窯尾至排煙機(jī)的漏風(fēng)，一氧化碳濃度高，檢測容易，同時還可以更準(zhǔn)確地反映出燃料燃燒情況。
2.2測定方法的選擇
一氧化碳濃度測定方法有∶奧氏氣體分析儀吸收法、氣相色譜法、紅外分析法和化學(xué)分析法等。本案例選擇紅外分析法。因?yàn)檫@種方法能自動、連續(xù)地進(jìn)行工作，而且可靠性和穩(wěn)定性較好。
2.3 窯尾氣體的特征和儀器的選擇
窯尾煙氣具有如下特征∶①高溫，煙氣溫度可達(dá)450℃；②高粉塵，此處含塵量高達(dá)1000g/Nm3，且塵粒較細(xì)；③高水分，煙氣水分為45%（露點(diǎn)60℃）；④高負(fù)壓，采樣點(diǎn)處負(fù)壓達(dá)400mmH2O。這就給氣體采樣、分析等工作帶來很大困難。僅有一臺好的分析儀器，而沒有一套可靠的煙氣處理系統(tǒng)，實(shí)際上是不能完成煙氣中一氧化碳連續(xù)分析任務(wù)的。為此，本案例選用天禹智控TY-6000系列紅外氣體分析儀。
2.4 測定的流程
根據(jù)窯尾煙氣特征、儀表性能，設(shè)計了一套一氧化碳在線檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一臺紅外氣體分析儀，可編程序控制器及一套取樣系統(tǒng)組成。測定流程如圖1 所示。
采樣過濾探頭安裝在焙燒窯窯尾處專門敷設(shè)的取樣管道上。啟動泵6，樣氣從采樣點(diǎn)取出，先經(jīng)過濾探頭1濾去其中之粉塵，再經(jīng)凝水器4進(jìn)行一次除水后，大部分樣氣通過旁路排放掉，只有少量氣樣送至后級進(jìn)行測量用。電子除濕器17對被測氣樣進(jìn)行二次除水，再經(jīng)干燥器18、19干燥，這樣就基本上排除了樣氣中的水分。然后樣氣經(jīng)四通切換閥9、流量計11送至一氧化碳分析儀12進(jìn)行分析。分析結(jié)果傳送到窯前記錄儀顯示。為操作者提供信息。
1—取樣濾頭；2—?dú)鈩忧蜷y PB1（常開）；3—?dú)鈩忧蜷yPB2（常閉）；4—凝水器；5—電磁閥SV2（兩位三通）；6—取樣泵M1；7—電磁閥SV3（常閉）；8—流量計τV1；9—四通切換閥；10—電磁閥SV5；11—流量計 τV2；12—CO分析器；13—電磁閥SV1；14—儲水器1；15—電磁閥SV4;16—儲水器2；17—電子除濕器；18—干燥器1；19—干燥器2；20—電磁閥SV6
整套系統(tǒng)的控制部分是一臺可編程序控制器，具有如下功能∶①整套系統(tǒng)的順序控制；②自動反吹；③自動排水；④手動/自動；⑤報警信號處理。
3 檢測系統(tǒng)的運(yùn)行
為了適應(yīng)窯尾氣含水量大、粉塵高等特點(diǎn)，本案例對原儀器進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，以便提高整套系統(tǒng)的自動化程度和樣氣分析的可靠性。
3.1 采樣過濾頭位置的調(diào)整
采樣過濾探頭通過套筒裝在專門敷設(shè)的窯尾排煙管上。原設(shè)計采樣探頭裝在套筒內(nèi)，不插入排煙管，如圖2（A）所示。探頭所處位置溫度較低，樣氣水分在探頭周圍凝結(jié)，使落在探頭上的粉塵變濕，造成反吹困難，其結(jié)果套管內(nèi)積滿濕粉塵，致使采樣探頭嚴(yán)重堵塞，阻礙系統(tǒng)正常運(yùn)行。為此，將采樣探頭伸入排煙管內(nèi)10cm，如圖2（B）所示。這樣落在探頭上的粉塵會因高溫氣流作用快速烘干，易被反吹空氣吹落，從而保證了采樣探頭暢通，延長了探頭使用壽命。
3.2 空氣反吹裝置位置的調(diào)整
原設(shè)計中，壓縮空氣經(jīng)分析儀器機(jī)柜，通過采樣管反吹至采樣探頭。由于其行程長，且采樣氣管內(nèi)煙氣溫度降低而存有凝結(jié)水，造成反吹壓力不足和探頭變濕，易使采樣探頭堵死。為此，將空氣反吹裝置移至窯尾附近，從另一管路反吹至探頭，從而縮短了反吹距離，保證了足夠的風(fēng)壓，對保護(hù)探頭亦起到了十分明顯的效果。
3.3 反吹空氣的凈化
由于采用系統(tǒng)壓縮空氣為反吹氣體，其中含有微量懸浮油分，這些油分吹入探頭內(nèi)遇高溫形成炭黑微粒，在反吹壓力下滲入探頭微孔，造成探頭堵塞。為消除該現(xiàn)象，我們在壓縮空氣輸送管線上安裝兩個除油缸，獲得了較好的效果。
3.4 改編執(zhí)行程序
為了適應(yīng)采樣點(diǎn)工作狀況，進(jìn)一步提高分析的可靠性，延長某些部件使用周期，對原有執(zhí)行程序進(jìn)行了改編，更合理地安排采樣、排放冷凝水、反吹探頭、停留等各段時間。在及時反映煙氣中一氧化碳濃度前提下，適當(dāng)增加反吹次數(shù)，以延長探頭使用壽命。改編后執(zhí)行程序如下∶
3.5 采樣探頭的選擇
本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中共使用了兩類過濾探頭。一類是不銹鋼材質(zhì)，該類探頭按與固定環(huán)的連接方式不同又分為固定粘接式和固定焊接式兩種；另一類是陶瓷材質(zhì)。實(shí)踐證明，粘接式不銹鋼探頭在高溫下易使粘結(jié)劑失效，造成探頭與固定環(huán)脫離，降低其使用壽命，而陶瓷探頭在受熱不均時易破損。故在尋求到更好的材質(zhì)之前采用焊接式不銹鋼探頭為宜。
4 結(jié) 論
工業(yè)實(shí)踐證明∶氧化鋁焙燒窯窯尾煙氣中一氧化碳濃度在線檢測是可行的。采用本設(shè)計系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、及時測出煙氣中一氧化碳濃度值，做到提前預(yù)報。
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