在线气体分析系统的应用范围——水泥厂中的运用

目前水泥厂回转窑干法生产线从日产1000吨到日产10000吨工艺技术已非常成熟，在全国各地已广泛推广应用。为提高水泥厂回转窑干法生产线的生产效益，各种新技术相继在不同的生产线上示范应用，譬如在线气体分析系统，具体到富氧燃烧技术，分解炉分级燃烧脱氮技术，燃烧系统的自动化控制技术等都成为行业谋求减少水泥工业污染降低企业生产成本的一个个突破口，但都因各自的种种因素限制了节能效果的进一步提高和实际应用的广泛推广，那么在线气体分析系统的应用在水泥厂中是如何运用的呢？

要实行回转窑最佳的经济运行模式，必需综合生产中的多种工作途径并辅以最佳操作水平，才能煅烧出最好的熟料和实现最经济的生产。

（1）在线气体分析系统可以稳定的生料率

（2）在线气体分析系统可以稳定的煤质量

（3）在线气体分析系统能够稳定生料喂料量

（4）在线气体分析系统能稳定的系统风量

（5）在线气体分析系统可以稳定的分解炉出口温度

（6）在线气体分析系统促进风量、煤、料和窑速的合理匹配

（7）在线气体分析系统拥有窑头和窑尾用煤的合理比例

（8）窑炉协调，稳定的烧结温度和预热分解温度以及窑炉气氛的控制

上述各项途径中最难控制的是第八条窑炉协调，达成稳定的烧结温度、分解温度以及窑炉气氛的最佳控制。

水泥熟料的正常生产是在氧化气氛下进行的，但是当燃料燃烧不充分时会产生还原气氛。正常状态下，

燃料充分燃烧生成CO2，燃料所蕴含的热能全部释放出来，若氧气不足时，煤粉就会不完全燃烧生成CO，产生还原气氛。事实上还原气氛对熟料烧成产生有严重的影响，烧成中出现黄心料，熟料易磨性差，并严重影响水泥的颜色，严重的还会造成预分解系统粘结堵塞、窑后结圈结球。

水泥厂窑尾高温气体分析系统是检测窑炉气氛的关键设备，通过窑尾高温气体分析仪的在线测量，可以实时掌握窑炉气氛中CO、O2、NO的情况，确保氧化气氛煅烧状态，结合温度检测，可确保烧成系统设备的发热能力和传热能力的平衡稳定，在操作中做到前后兼顾、窑炉协调，稳定的烧结温度和分解温度，不损坏窑皮，不窜黄料，实现优质、高产、低能耗运行。

1、在线气体分析系统可以测量CO、O2含量，实现燃烧控制

水泥窑煅烧过程中，其燃烧状况一般有四种类型：

1)中性完全燃烧——理想型

2)有过剩空气的完全燃烧

A.燃烧完全被氧化，O2有剩余

B.燃烧产物：H2O，CO2，N2，O2，Ar，SO2

3)有过剩空气的不完全燃烧(燃烧有问题)

A.O2足够，但仍残留有可燃物

B.燃烧产物：H2O，CO2，N2，O2，CO，SO x，NO x

4)空气不足的不完全燃烧(燃料偏多)

A.只有部分燃料氧化

B.燃烧产物：H2O，CO2，N2，H2，CO，C m H n，H2S

总结：第一类是中性的空气，鉴于混合过程的效率，在实践中并不可能；第二类是过多的过剩空气，是完全燃烧，但过多意味着热损失；第三类和第四类都是不完全燃烧，且产生了CO，CO含量越高说明燃烧越不完全。因此，为了及时了解燃煤完全燃烧状况，实现燃烧控制，利用在线气体分析系统在线监测O2与CO含量是十分必要的。

2、在线气体分析系统可以测量NO含量，帮助监控窑内温度

水泥回转窑内的煅烧情况直接关系到水泥熟料的产量、质量、原燃料的消耗和综合成本。如果窑内煅烧温度过高或热工振荡过大，不仅会大量消耗燃煤，甚至还会损害窑衬；如果煅烧温度过低，就会造成熟料的夹生料，严重影响水泥熟料的质量。

水泥熟料在煅烧过程中，会产生大量的NO，NO的形成主要取决于：火焰情况；烧成带原料的温度；火焰中氧含量；二次空气与火焰的混合；钙和碱性硫酸盐的数量。而窑内煅烧温度也与这些因素相关，故NO含量与窑内煅烧温度成一定关系，其关系曲线如图1。

图1. NOx与温度关系曲线图

因此，通过在线气体分析系统在线监测NO的含量，可帮助指示温度趋势，及时修正、避免窑温度失控，以保证水泥熟料的质量。

3、水泥生产过程利用在线气体分析系统监测与测量范围

在水泥煅烧、生产过程中，除了会产生O2、CO和NO气体，还会产生SO2、CH4、CO2等附加气体，对这些气体进行必要的检测，对整个生产工艺的调控具有一定的意义。图2、图3分别为整个水泥生产工艺流程需要利用在线气体分析系统进行气体检测的监测点与测量范围。

图2. 水泥生产工艺流程

表1. 测量范围与仪表选型

锐意自控在线气体分析系统Gasboard-9031针对样气中低粉尘工况设计，由预处理单元、控制单元、气体分析单元三部分构成。预处理单元采用不锈钢、电加热温控干法取样探头，使用寿命长、精度高；利用最新反吹扫技术解决探头堵塞问题，保证分析系统的可靠性；配置单级制冷器去除样气中的水分，实现两级过滤，确保仪器长期在线运行。控制单元采用PLC程序控制，可自动完成采样、反吹、排水等操作。气体分析单元可根据用户需求配置Gasboard-3000Plus、Gasboard-3000UV和Gasboard-3100等各型号，以满足水泥生产过程中的O2、CO、NO、SO2、CO2、CH4等气体含量的同时测量。

水泥厂窑尾高温在线气体分析系统的正确选型，不仅可以帮助中控操作人员实时了解窑内的煅烧状况和燃煤的完全燃烧状况，指导操作人员及时采取相应措施；还有利于中控操作人员对整个煅烧过程信息做出整体的了解和综合判断，指导生产，真正达到节能和提高熟料质量的目的。

武汉四方光电科技有限公司2003年成立于“武汉-中国光谷”，是一家专业气体传感器制造商和国家级高新技术企业。公司以自主知识产权的核心传感技术为基础，集研发、制造、销售和服务于一体，现有六大类五十余款极具市场竞争力的产品，广泛应用于家电及消费类电子、楼宇新风、汽车电子和健康医疗等领域，产品销售覆盖我国所有省份，并出口到世界80多个国家和地区。

公司建设有省级企业技术中心，省级气体分析仪器仪表工程技术研究中心、国家电子信息产业振兴与技术改造项目、工信部物联网专项、湖北省科技支撑计划等多项科研项目，通过省级科技成果鉴定4项，拥有各项技术专利100余项(其中发明专利近30项)。

公司占地36亩，拥有建筑面积22000平米的气体传感器生产基地及4500平米的传感器研发技术中心。建设有国家级标准的颗粒物校准舱、甲醛试验舱、流量标定舱、压力标定室、光学实验室等，拥有各类供研究开发及产品可靠性测试设备300余台套，并拥有已投入量产使用的百万级传感器生产线、整机生产线和汽车级产品生产线，具有给全球知名大型企业提供完整配套的服务经验与能力。

主营产品：

气体传感器：粉尘传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器、VOC传感器、超声波氧气传感器、车规级空气传感器等；

气体分析仪：煤气分析仪、沼气分析仪、烟气分析仪、尾气分析仪、气体流量计、气体分析系统等；