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节能环保领域:轧钢加热炉燃烧优化设计方案

文章来源: 发布时间: 2018-05-16

  所处阶段:成熟待产业化 

  成果来源:安徽光学精密机械研究所 

  必要性及需求分析: 

  为实现轧钢加热炉提高燃烧效率节约煤气、降低钢铁氧化损失目的,因此需对加热炉内第一加热段、均热段的O2CO气体浓度进行实时精确的测量,为精确控制空燃比提供O2CO浓度参数。 

  技术优势 

  1)不受背景气体干扰 

  半导体激光器发射激光线宽窄,小于氧气吸收线宽,且氧气吸收线位于760nm波段,此波段内没有CO2COH2O等常见分子的吸收线,消除了其他气体交叉干扰的影响。 

  2)不受加热炉内背景干扰影响 

  燃烧炉内背景辐射干扰、气流湍流、粉尘等造成到达探测器的光强波动,针对背景辐射干扰,半导体激光器采用阶跃扫描与线性扫描结合方式,分别记录无激光达到探测器的信号X1(n),有激光达到探测器的信号X2(n),则消除背景辐射干扰信号X(n)=X1(n)-X2(n);针对气体湍流、粉尘采用基线拟合,进行光强归一化,消除光强波动的影响。 

  3)不受加热炉内温度变化影响 

  氧气吸收线强随温度变化而改变进而影响测量结果的准确性,需要对加热炉内温度变化造成的测量结果误差进行补偿,本分析仪根据实测的氧气温度,利用氧气高温线强对测量结果进行温度修正,保证测量结果的准确性,选择低态能级高的氧气吸收线,高温环境下吸收线强大,提高检测灵敏度。 

  4)无需人工标定 

  随着氧气分析仪器的电子元器件老化、光路失调等会导致测量结果缓慢漂移,影响测量的准确性,因此需要定期对分析系统进行标定,通常采用将光学收发探头拆卸进行浓度标定,由于分析仪采用原位安装方式,拆卸标定方式繁琐不可行,本分析仪采用标准浓度参考池进行在线标定,无需人工干预,同时保证测量的准确性。 

  综上所述,本分析仪采用TDLAS技术,结合光强归一化、温度修正等抗环境干扰技术,可实现加热炉氧气的在线测量,可靠性高,维护量小,长期稳定运行。 

  系统安装方案 

  根据项目现场调研和相关技术对接,整个系统包括傅里叶变换红外光谱仪单元、接收望远镜单元和辐射背景单元。根据监测需要,在第一加热段和均热段分别安装一套,实时监测第一加热段和均热段轧钢表面的CO气体浓度。在炼钢炉的一侧壁上安装观察孔,在炼钢炉对端侧壁上安装红外辐射背景单元,红外辐射单元安装在炉膛外侧壁上,采用水冷制冷方式,其温度低于轧钢表面CO气体云团的温度。红外光谱仪通过观察孔、望远镜获取炼钢炉内的红外辐射信号,然后再解析轧钢表面的CO气体浓度。 

  傅里叶变换红外光谱仪单元:FTIR光谱仪及软件部分由迈克逊干涉仪、电脑及控制和分析软件组成。该部分可以对红外辐射信号进行干涉调制,测量包含有待测污染气体红外吸收特征的光谱信息,并对其进行定量分析。 

 1  FTIR光谱仪原理图 

   接收望远镜单元:红外辐射信号接收单元由抛物面主镜和双曲面副镜组成。红外辐射信号接收单元汇聚发射单元发射的平行红外辐射信号,并导入FTIR光谱仪内。 

2 红外辐射信号接收单元光线追迹图 

  辐射背景单元:辐射背景单元为安装在炉膛外壁的钢板,采用水冷方式对钢板进行降温,使其温度保持在800℃。根据轧钢炉内CO气体与背景板之间的等效温度差即可精确反演炉内CO气体浓度。 

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