鲁奇炉出口气体成分在线分析系统的设计和应用

鲁奇炉运行工况的调整主要是根据出口气体
成 的C02含量，以及炉底灰渣的
、大
等 ，对汽氧比进行调整$而出口气
C02的 量，一般是每2h或4h人工采样进行分
析。对灰渣的 ，每8h才进行一次$
实
集 重要的
， 鲁奇炉智能工
厂的建设
$
1概述 鲁奇炉为 煤加 气化工 $ 炉
的 气和氧气在
和
煤
和
，进
和干燥预热层，温
所有气体成分的百分比总和为100% &缺 是由于
气体 各成分的分离需要一定的时间， 有3〜5
min的滞后。而红光谱的优点是时间快，可以同 时利用不模块对气体的各种成分 检测，
但缺是对于气相色谱来说，数有一定的偏
差，而且种模块分别检测的 最后加起来的
数不是100%，需要人
理。
计划是 合成氨厂的液氮洗、甲烷转 1
场合的进口 探头， 种进口
探头垂
直装在
上方，过内置的旋风制冷装
置对 气体进行冷却，冷却后气
的
、
NH/等杂质靠重力回流到工
内。该采样探头
还设计有汽反吹装置，可以设定一定的时间间
隔，利用高温的
汽对采样探头进行反吹，将
探头内积累的焦油、粉尘等
到工
内$
种探头投用，效不是很理想。主要问题
是高温蒸汽反吹后，探头内的温度急剧上升，然后
高压、
，
气
、 ，出于安
全和 量等原
,
在化
用比较普遍的进口采样探头。
采样探头
用于 炉等 含量 的 , 是在
奇炉上出现了问题：一*是每次反吹后17 min内没 有分析仪 的数据；二是由于预处理系统
, 样线中的NH（
样。
在，
, 整分析
系统的在线时。
以
, 原有的系统
：是
更
炉炉 的 产探头 ；
是
换工入的水洗工艺，在预处理系统
Li Jianchuan
(Shanxi Tianji Coal Chemical Industry Group Co., Ltd., Changzhi 047507)
Abstract: The on -line analysis system was used to analyze the outlet gas composition from Lurgi furnace. A special sampling probe and pretreatment system are designed for the high content of dust, tar and other impurities in the outlet gas of Lurgi furnace, and good application results have been achieved.
面也能减少人工分析的劳强度。接下来将把在
线分析仪提供的信息，与前在安装的 炉
灰渣自采集和检测系统所提供的信息 集成
到整
炉智能工厂建的 中，最终将采
用基于深度学习的AI方法自
炉的炉
调整。预 整
完成后，将有效地提
口气中的有效成分,降低中压蒸汽的消耗,获取
可观的经济效益和社会效益。
THE DESIGN AND APPLICATION OF ON-LINE ANALYSIS SYSTEM FOR -,-/丫7取+。卩虚'％ GAS COMPOSITION FROM LURGI FURNACE
能 厂 目 的 设过 ，
实的
采样和分析 的执 频率
最后确定为 十分钟，对 气体分析仪的实时
第2期
李剑川.鲁奇炉出口气体成分在线分析系统的设计和应用
101
性也不再有迫切的要求，所以在更换原先的采样 探头和预处理系统的同时，把红外光谱分析仪更 换为气相色谱分析仪。
2.4投用效果
2020年11月在线分析仪投用以后,粗煤气中
需要0.5h以上的 间才能冷却 。后来又增加
收稿日期：2019-07-25；收到修改稿日期：2021-02-20$
作者简介：李剑川，男，1973年出生，
，工
，2007
年毕业于北京化工大学自动化专业，现在天脊煤化工集团股份有
限公司从事煤化工工作，联系电话：13503559556； E-mail： lj ianchuan@ 163. com $
至界区&剩余样
气自顶部 入一级冷却 冷却分离后， 入二级
冷却
分析，二级分离
的 样气夹
带雾状液滴排至界区外，剩余的样气经干燥罐吸
附及污后，经 计调
后送至在线分
析仪。
2・3在线分析仪的选型 目前， 化 业用于气体成分检测的技术
主要有气色谱和红外光谱两种方法。气相色谱
的优主要是检测的方法和数较为准确，最后
各组分含量能够及时显示在DCS中，操作人员根 据煤气中各组分变化及时调整气化炉的负荷、汽
氧比等相关工艺参数，为安全稳定生产创造有利
o
时间气化炉出口煤气各组分含量变化
3o
I
二氧化碳
18
40
氢气
10
--------------
-------------------
'-----------------'-----------------；
进行 ，而人工 对炉况进行
一般每2h或4h 做一次， 的优化调整。经过不断的试
验和探究，针对 生产状况，设计出了一种满足
生产需要的在
系统并得到了很好的应用。
2系统设计 整个在
系统由
探头、预处理系统
和在
等三 组成$
2.1
探头的设计
鲁奇炉属
、高温设备，而且出口气体易
燃、爆。出
和量等 考虑，最初选择
了在石化行业中普遍用于乙烯裂解炉等焦油含量
15 35
12月16日12月18日 12月20日 12月22日 12月24日
日期（2020年）
图3气化炉出口煤气各组分含量变化趋势
从图3中可以看出数据趋势中有跳变现象,
是由于每隔2h采样探头 吹 ，分析仪的样气
中断, 3〜5 min数据失真,采样探头 吹结束
后,分析数据
，
生产监控。
3项目实施效果
整个项目从2018年初启动。由于鲁奇炉属于
其他 一样，对
实
为1min的 1
预测 制， 因此对分析表的实时性要 比较 ，
选 了红 光谱分析仪。 红 光谱分析仪 了
两 模块:一 模块 时对CO、C02和CH$ 种
成分 检测， 一 模块对 H2 的
检
测。分析仪 用后， 现这 种成分的检测 实
的人 分析 有一定的偏差， 总和加起来不
是 100%。 在
100
了一级旋风制冷，冷却的时间缩短为17 mino在采 样气体没有冷却到规定的温度前，不能送入分析
仪表，否则会对分析仪表造成损害。因此，每次反
吹后17min内都没有分析仪表的数据。这么长时 间的离线，对于在线分析仪表的设计和应用来说
是无法接受的。
经过认真的实地调查，选用了一款国产的采
样探头。现场安装 ,经
关键词：鲁奇炉 在线分析仪 出口气体成分
从2015年开始，山西天脊煤化工集团股份有 限公司对合成氨厂的主要生产装置进行智能化工
厂的建设，主要采用多变量预测控制技术，在液氮
洗和甲烷转化等工段取得了 “在同等冷变气量的
基础上，增加合成氨产量1%以上”的预期效果$
2018年开始，以鲁奇炉为重点，实施造气工段智能 工厂的建设工作。
低。在
，煤开始软化，焦油、H2S、NH/、酚、
、 等有成ຫໍສະໝຸດ 出 $在 预， 煤的 的一
和
，煤
，进入粗煤气$
，鲁
奇炉出口粗煤气
，
取
、NH/、
等
量
，用 测出口气体成分
的在
用了$
鲁奇炉出口气 成 是鲁奇炉和
生产装
置 和 生产的重要 $
我国用鲁
奇炉的煤化工企业中很少在鲁奇炉出口安装用于
检测气体成分的在线分析仪，只能依靠人工采样
前端增 水洗的 ；三是根据整
炉智
能工厂建设的实际情，降低 分析系统滞后
时间的要求，将原有的红外光谱检测方法更换为
气相色谱检测， 步提 分析数据的准确性。
后的系统投用后，一直能够稳定运，达
到了预期的效果。
4结束语 为 炉 和 增 用于 检测
气 成分
的在线分析系统，一方面能为 炉以及整 -
成氨厂的生产操作提供及时有用的信息，另一方
1。采样探头样 制流量后，由样
线快
速传输至预理
样品处理。这个采样探
头的 是 的 气
，在
用
于采样的 气的时，为后的预理减少了
的 。 ，采样探头还设计了
吹系
o 采样气体的
于设 的，会利用
对采样探头
，
、粉
吹入
内。一 采用的 采样
探头相比，用
对探头温度的影响很小，
因此冲洗后探头
能冷却到设定的温度。
个反吹过程对采样 没有 的 。
Key words: Lurgi furnace ； online analyzer ； outlet gas composition ； dust ； tar
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图1采样探头的现场安装
2・2预处理系统的设计 用的 探头
的预 理
的旋风制冷、分离、过
，没有 对
气体的成分 设计。用后经 ,
现 ， 分析表没有气样。经过分析发现,这
是因 有的预 理 的。当采样气体的温
在温
不 造成
! 于70 后,气体 有
的NH,
在采样管道中冷却 ,造成
。 在更换采样探头的同时，也对预处理系统重
新 了设计。对
气体的 ，新预
理 增加了 的过程，利用对采样气体
冷却,把气体的 #NH3#酚、'有机
2021年第44卷
分离出来。另外，还采用了电伴热对采样管线进行 保温（图2）。
图2预处理柜的现场安装
样气来自采样探头，在洗涤冷却器内脱除
粉等颗粒 及部分溶性质及油污；样气
入气分离后快速分离，
一半气样和
涤污 缓罐混合排
2021 年 4
44
2期
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
Apr.2021 Vol.44 No.2
鲁奇炉出口气体成分在线分析系统的设计和应用
李剑川
（山西天脊煤化工集团股份有限公司，山西长治047507）
摘要：采用在线分析系统对鲁奇炉出口气体成分进行分析，针对鲁奇炉出口气体中粉尘、焦油等杂质含量较 高的特点，设计专用的采样探头和预处理系统,并取得很好的用效果$