因入爐煤氣資源豐富，且屬于可被循環(huán)利用的廢氣，故煤氣是氣燒石灰窯的燃料，如高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、電石尾氣（煤氣）、發(fā)生爐煤氣等。由于氣燒石灰窯的煅燒溫度，關(guān)系到石灰質(zhì)量，煅燒溫度又與入爐煤氣的熱值直接相關(guān)，同時入爐煤氣熱值高、火焰短等因素易造成石灰窯的過燒或生燒現(xiàn)象，所以必須對入爐煤氣的熱值進行分析，以便現(xiàn)場工作人員根據(jù)實際工況調(diào)節(jié)窯內(nèi)煅燒溫度，提高氣燒石灰窯的生產(chǎn)效率與企業(yè)經(jīng)濟效益。

煤氣分析儀（在線型）Gasboard-3100

    煤氣中貢獻熱值的氣體有CO、CH₄、C_nH_m和H₂，所以在實際生產(chǎn)過程中，企業(yè)多采用在線煤氣成分及熱值分析儀對入爐煤氣濃度進行實時在線測量，并根據(jù)成分濃度計算得出煤氣的熱值。由四方光電（武漢）儀器有限公司研發(fā)推出的煤氣分析儀（在線型）Gasboard-3100采用將自主知識產(chǎn)權(quán)的紅外氣體傳感器與基于MEMS技術(shù)的熱導(dǎo)傳感器、電化學(xué)O₂傳感器相結(jié)合的方法，以消除氣體間的相互干擾和外界因素對測量結(jié)果的影響，實現(xiàn)對煤氣中CO、CO₂、CH₄、C_nH_m、H₂及O₂多組分的同時測量，并根據(jù)組分濃度計算得出準(zhǔn)確度高的煤氣熱值，可替代燃燒法熱值儀。

一、CO、O₂、CO₂、CH₄對H₂的干擾校正

    從上表可以看出，煤氣主要成分中CO、O₂與背景氣N₂的熱導(dǎo)系數(shù)相當(dāng)，對H₂的測量結(jié)果影響不大，但是CO₂、CH₄對H₂測量影響明顯。通過理論分析，如果氣體成分中含有CO₂，會使H₂的測量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH₄，會使H₂的測量讀數(shù)偏高。因此為了得到準(zhǔn)確的H₂濃度，需對H₂濃度進行CO₂、CH₄的濃度校正。

    此外，對于檢測H₂的熱導(dǎo)測量通道，實驗證明，煤氣成分中CO、O₂對H₂的測量準(zhǔn)確性影響不大，主要是CO₂、CH₄的影響。Gasboard-3100可對煤氣中的各組分進行分析測量，并將各組分間的相互影響進行濃度校正和補償，zui大限度的減小煤氣中CO、O₂、CO₂、CH₄對H₂的影響，保證H₂濃度測量的準(zhǔn)確性。

二、控制流量波動對H₂測量的影響

    由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對氣體流動帶走的熱量計算進行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測池，很難控制氣流，從而影響H₂濃度的準(zhǔn)確測量；且目前國內(nèi)對H₂濃度的分析大都采用雙鉑絲熱敏元件制成的熱導(dǎo)元件，體積大，精度低，傳感器死區(qū)大。Gasboard-3100配置了基于MEMS技術(shù)的熱導(dǎo)傳感器，采用了旁流擴散式的熱導(dǎo)檢測池，流量在0.3~1.5L/min的范圍內(nèi)波動對熱導(dǎo)傳感器的測量無影響，可有效減少因流量波動對H₂濃度測量結(jié)果的影響。

旁流擴散式的熱導(dǎo)檢測池

三、C_nH_m濃度測量，保證熱值測量準(zhǔn)確性

    在煤氣成份中，特別是焦?fàn)t煤氣，除CH₄外，還含有C_nH_m。現(xiàn)市面上大多數(shù)紅外分析儀僅以CH₄為測量對象，并以此來計算煤氣熱值。而Gasboard-3100除對CH₄濃度進行測量外，同時還可測量C_nH_m濃度（如C₃H₈），將CH₄與C_nH_m的濃度折合成碳?xì)浠衔锏目偭浚源擞嬎愕贸雒簹鉄嶂担ＷC入爐煤氣熱值測量的準(zhǔn)確性。

四、C_nH_m與CH₄干擾的濃度修正

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的紅外吸收光譜

    根據(jù)紅外吸收原理，在甲烷特征波長3.3um左右，甲烷與乙烷等碳?xì)浠衔镉形崭蓴_，從而導(dǎo)致熱值測試不準(zhǔn)。對此，Gasboard-3100在軟件上進行了升級，產(chǎn)品采用abc系數(shù)修正算法，預(yù)先在軟件運算過程中插入C_nH_m與CH₄的濃度修正系數(shù)，修正C_nH_m與CH₄的相互干擾，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

五、單光源、雙光束減小零點與量程漂移

    為減少因為光源不穩(wěn)定以及電子元器件老化造成的零點和量程漂移，Gasboard-3100內(nèi)置了自動調(diào)零裝置，可實現(xiàn)對儀器零點的自動標(biāo)定，以減小零點漂移，相應(yīng)減小量程漂移。同時，Gasboard-3100基于NDIR氣體分析技術(shù)，采用單光源雙光束法對煤氣中不同波長的組分進行測量。光源經(jīng)過兩個不同波長的濾光片，進行濾光處理，得到兩個不同波長的信號：檢測信號與參考信號。檢測信號與參考信號的強度之比與光源強度的波動及電子元器件的老化等因素?zé)o關(guān)，這樣就zui大限度的減小了光源不穩(wěn)定及電子元器件老化造成的零點、量程漂移，從而保障了儀器測量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

單光源、雙光束技術(shù)原理圖

    高準(zhǔn)確度的煤氣熱值有利于正確指導(dǎo)工作人員調(diào)節(jié)現(xiàn)場工況，保證石灰窯爐的煅燒溫度，既能提高出爐石灰的質(zhì)量，又可合理使用回收煤氣，真正地實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。作為武漢四方光電旗下的全資子公司，銳意自控始終秉承“把握關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新”的發(fā)展理念，以自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器核心技術(shù)為依托，致力于煤氣分析儀器的研發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)及銷售，為我國煤氣能源的利用提供更加合理、有效的行業(yè)解決方案。

來源：公眾號@工業(yè)過程氣體監(jiān)測技術(shù)，轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明來源