概述
本系統(tǒng)是根據(jù)焦?fàn)t煤氣項目煤氣熱值分析工況條件專業(yè)針對性設(shè)計的，在采用西安聚能儀器有限公司成熟的預(yù)處理技術(shù)和分析控制技術(shù)基礎(chǔ)上而進(jìn)行模塊化針對性設(shè)計的。
本過程氣體分析成套系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）是焦?fàn)t煤氣項目煤氣熱值在線監(jiān)測包括分析CO、H2、CH4分析儀器（熱值）、與預(yù)處理裝置及其附屬的應(yīng)用保障部分（標(biāo)準(zhǔn)氣）；通過針對現(xiàn)場應(yīng)用條件。工藝氣樣條件的系統(tǒng)設(shè)計，所實現(xiàn)的正確匹配與合理組合，使CO、H2、CH4分析儀器（熱值）能很好適應(yīng)焦?fàn)t煤氣項目煤氣熱值分析的特殊工藝條件。系統(tǒng)能自動、連續(xù)、準(zhǔn)確、可靠地分析煤氣中的CO、H2、CH4含量。熱值采用**Kcal/Nm3顯示，系統(tǒng)正常運行期間能同時提供CO、H2、CH4和熱值的4～20mA四組標(biāo)準(zhǔn)輸出信號；并根據(jù)測量組份的含量值輸出超限報警狀態(tài)信號。該系統(tǒng)的分析儀器為傳感器核心為。系統(tǒng)技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)簡明、部件性能可靠、自動化程度高、操作簡便、維護(hù)量小、是焦?fàn)t煤氣熱值監(jiān)測的理想設(shè)備。
本系統(tǒng)主要由取樣單元（氣源凈化單元）、輸氣單元、預(yù)處理單元、分析單元、控制單元、標(biāo)定單元組成?？蓱?yīng)用于焦?fàn)t煤氣熱值的監(jiān)測。系統(tǒng)具有安全可靠、取樣真實、響應(yīng)快、分析精度高、配置和選型等諸多特色，系統(tǒng)不僅考慮了適應(yīng)危險環(huán)境場所問題，也考慮了避免系統(tǒng)內(nèi)部的不安全因素的產(chǎn)生。
熱值計算方法
焦?fàn)t煤氣是在密閉的焦?fàn)t內(nèi)提煉焦炭反應(yīng)生成的氣體，是一種高熱值的氣體燃料，主要成份包括CO、H2、CH4等，經(jīng)加壓后輸送給各加熱爐以提高綜合利用效率。
焦?fàn)t煤氣熱值計算的分析系統(tǒng)（如圖1）是由取樣探頭（取樣單元）、吹掃單元、取樣預(yù)處理單元、流量調(diào)節(jié)單元、氣路切換單元、氣體分析儀器、PLC程序控制單元、模擬量輸入輸出單元、顯示單元、標(biāo)氣單元等部份組成，能夠連續(xù)測量被測氣體組份體積百分濃度，計算出焦?fàn)t煤氣熱值的分析系統(tǒng)。
分析系統(tǒng)通過取樣探頭把焦?fàn)t煤氣從工藝管道中抽取出來，經(jīng)過探頭三級過濾、預(yù)處理增壓、稀釋、穩(wěn)壓、冷凝除濕、精細(xì)過濾獲得能夠滿足氣體分析儀器要求的干燥干凈的樣氣，通過流量調(diào)節(jié)進(jìn)入熱值氣體分析儀器測出焦?fàn)t煤氣中CO、H2、CH4組份的體積比（百分含量），系統(tǒng)整個工作過程都通過可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)自動控制，各組份體積比（百分含量）對應(yīng)的4～20mA電流信號接入PLC模擬量輸入輸出模塊，由于CO、H2、CH4的各個組份具有不同的熱值，根據(jù)組份體積比（百分含量）與對應(yīng)的單一組份熱值之間存在的關(guān)系，通過搭建數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過數(shù)學(xué)公式運算即可獲得焦?fàn)t煤氣的熱值。熱值的計算過程通過可編程控制器（PLC）軟件編程實現(xiàn)。各個組份的體積比（百分含量）對應(yīng)的電流信號通過可編程控制器（PLC）從PLC模擬量輸入輸出模塊不斷讀取，經(jīng)過計算得到在線焦?fàn)t煤氣的熱值，熱值量對應(yīng)的模擬4～20mA電流信號通過PLC模擬量輸入輸出模塊傳送到CCR系統(tǒng)中，同時通過液晶顯示屏可直觀地監(jiān)測到各個組份體積比（百分含量）值及熱值量（Kcal/NM3）。實踐證明，使用氣體組份體積比（百分含量）計算熱值所得到的結(jié)果與直接燃燒法熱值儀測量出的結(jié)果趨勢基本一致，但計算熱值要比熱值儀的測量輸出對過程變化的響應(yīng)要快很多，熱值儀輸出值的滯后時間約6分鐘左右，計算熱值幾乎沒有滯后時間。
氣體分析成套系統(tǒng)的組成框圖
實現(xiàn)系統(tǒng)熱值計算的步驟
焦?fàn)t煤氣熱值計算數(shù)學(xué)模型的搭建
分析系統(tǒng)通過紅外線和熱導(dǎo)氣體分析儀器可測得焦?fàn)t煤氣中各組份的體積比（百分濃度）值，根據(jù)組份體積比（百分濃度）與對應(yīng)的單一組份熱值之間存在的關(guān)系，首先搭建數(shù)學(xué)模型，獲得數(shù)學(xué)公式，然后通過數(shù)學(xué)公式運算即可獲得焦?fàn)t煤氣的熱值。
使用可編程控制器（PLC）計算熱值并輸出
熱值數(shù)學(xué)公式通過可編程控制器（PLC）軟件編程來實現(xiàn)計算功能。
?。?）組份含量對應(yīng)的4-20mA電流轉(zhuǎn)換為實際值PLC可編程控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值低3位和位為0，右移3位后，0-20mA的電流對應(yīng)0-4096的數(shù)字，因此，4-20mA對應(yīng)819-4096。假設(shè)實際值的零點為ZERO，量程點為SPAN，實際的模數(shù)轉(zhuǎn)換值為COUNT。
實際值=（SPAN-ZERO）x（COUNT-819）/4096-819
?。?）實際值轉(zhuǎn)換為4-20mA電流，PLC可編程控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換需要的數(shù)字量在數(shù)字的第4-14位，其它位為0，因此，分辯率為11位，模擬輸出的范圍為0—32000，即2進(jìn)制的0—。右移4位后為0-2000，因此，可以認(rèn)為0-20mA的電流輸出與0-2000對應(yīng)，4-20mA與400-2000對應(yīng)。假設(shè)實際值的零點為ZERO，量程點為SPAN，實際值為VALUE。式中將VALUE擴大100倍是因為在PLC中的計算為整數(shù)計算，為提高計算精度！
{(2000−400)×(VALUE×100)/(SPAN−ZERO)×100}+400
焦?fàn)t煤氣組份體積比（百分濃度）及熱值（Kcal/NM3）的顯示，通過可編程序控制器（PLC）的編程，把焦?fàn)t煤氣的組份體積百分濃度和熱值量在文本顯示器上顯示，以使用戶更直觀地監(jiān)測到焦?fàn)t煤氣中各組份的體積百分渡度值和熱值量，更好的控制焦?fàn)t煤氣的燃燒狀況。
焦?fàn)t煤氣熱值計算的分析系統(tǒng)已在諸多大型冶金企業(yè)投入使用多套，實踐證明，本系統(tǒng)響應(yīng)時間短、操作方便，直觀，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，得到廣泛使用。
系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)
系統(tǒng)主要特點
• 過濾原理創(chuàng)新，根本解決焦油堵塞問題。
• 采用自主創(chuàng)新技術(shù)取樣探頭，反吹清灰、焦油等，解決雜質(zhì)板結(jié)問題。
• 系統(tǒng)具有在線取樣分析功能，響應(yīng)速度快，確保連續(xù)在線分析。
• 系統(tǒng)為全干法過濾，取樣不失真，分析準(zhǔn)確。
• 真正無人管理的全自動化系統(tǒng)。
• 熱值直觀顯示，時時觀察熱值變化。
• 采用觸摸屏界面程序控制，可以通過觸摸屏隨意隨時修改PLC程序內(nèi)的各個參數(shù)。
系統(tǒng)安裝技術(shù)要求
• 為保證系統(tǒng)能實時反映工況、減少滯后、保證安全，取樣點與分析柜之間距離應(yīng)盡可能短，一般不超過20米。
• 分析柜采用外形尺寸：單點2000×800×600。前、后開門，進(jìn)出管線在分析柜的后面和下面，請留有空間。
• 分析房要求：分析房面積推薦大于3500×4000mm2，房內(nèi)溫度在＋5～45℃范圍內(nèi)。
• 室外溫度低于0℃時，室外排水管應(yīng)有保溫防凍措施。
系統(tǒng)組成及作用
TR-9200型熱值分析成套系統(tǒng)是應(yīng)用于焦?fàn)t煤氣項目煤氣熱值分析的專用在線分析系統(tǒng)，榮獲“新產(chǎn)品”稱號。該系統(tǒng)技術(shù)，測量準(zhǔn)確，反應(yīng)速度快，能長期連續(xù)分析被測氣體，采用PLC進(jìn)行自動控制，具有結(jié)構(gòu)合理，運行安全可靠，自動化程度高，維護(hù)量少，自診斷保護(hù)功能強的特點。
分析儀器
TR-9200成套系統(tǒng)所用分析儀器為西安聚能儀器有限公司引進(jìn)進(jìn)口傳感器技術(shù)制造的氣體分析儀，該儀器測量精確，性能可靠，性價比高。
分析儀表單元采用西安聚能儀器有限公司的JNYQ系列型分析儀，完成樣氣CH4、CO、H2在線連續(xù)分析。分析儀的傳感器為引進(jìn)國外公司的技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠，響應(yīng)時間快，智能化程度高。
分析參數(shù)：一氧化碳、甲烷、氫氣（熱值）
JNYQ-I-91型多組份（含紅外線）分析儀，能連續(xù)檢測流程氣樣中待測組份一氧化碳和甲烷的體積濃度。采用進(jìn)口光源和檢測器的傳感器技術(shù)，極大的提高了儀器的穩(wěn)定性。
儀器特點
• 一氧化碳和甲烷采用不分光紅外分析原理；
• 高穩(wěn)定性紅外光源：光源燈絲采用特殊鎧裝工藝，延長了使用壽命；
• 單氣室結(jié)構(gòu)接收器，電容式精密傳感器檢測輸出，儀器穩(wěn)定性好；
• 測量氣室鍍金耐腐蝕，的洐磨工藝，內(nèi)壁達(dá)到鏡面光潔度；
• 儀器部件單元化,維護(hù)、檢修方便；
• 報警輸出（上、下限極值報警）；
• 標(biāo)準(zhǔn)信號隔離輸出4—20mA。
主要技術(shù)性能
• 零點漂移：≤±1%FS/7d
• 量程漂移：≤±1%FS/7d
• 測量范圍：CO：0～10%；CH4：0～30%
• 重復(fù)性誤差：Cv≤0.5%
• 線性誤差：≤±1%FS
• 預(yù)熱時間：30min
• 響應(yīng)時間：≤5s
• 輸出信號：4～20mA≤750Ω
JNYQ-I-91型多組份（含熱導(dǎo)氫）分析儀采用不同氣體的熱導(dǎo)率不同的物理測量方法連續(xù)測量的工業(yè)固定式現(xiàn)場安裝儀器，能連續(xù)自動檢測流程氣樣中待測組份氫氣的體積濃度。
儀器特點
• 的傳感器設(shè)計，精確恒溫控制，響應(yīng)快，線性好，穩(wěn)定性高
• 薄膜按鍵操作（零點、滿度、線性校準(zhǔn)、參數(shù)設(shè)置等），操作靈活方便
• 故障自診斷功能
• 儀器部件單元化，維護(hù)、檢修方便
• 報警輸出（上、下限極值報警）
• 標(biāo)準(zhǔn)信號隔離輸出4—20mA
• 鑄鋁合金機箱
• 部件單元化，維護(hù)、檢修方便
主要技術(shù)性能
• 零點漂移：≤±1%FS/7d
• 量程漂移：≤±1%FS/7d
• 測量范圍：H2：0～60%
• 線性誤差：≤±1%FS
• 重復(fù)性誤差：Cv≤±1%
• 輸出波動：≤±1%FS
• 預(yù)熱時間：30min
• 響應(yīng)時間：T90≤12s
• 輸出信號：4～20mA≤750Ω
