在線檢測氧化鋁焙燒窯窯尾煙氣中一氧化碳濃度
2022.07.05
1問題的提出
氧化鋁焙燒窯自投產以來，窯尾排煙機爆炸事故屢屢頻發，給企業生產帶來嚴重影響。以重油為燃料的氧化鋁焙燒窯，在運行中當供風不足時，燃燒不完全產生的可燃性氣體會隨煙氣一起排入窯尾，當其達到一定數量時遇到火種即會發生爆炸。下表是焙燒窯窯尾氣體成分的隨機測定數據，可見一氧化碳濃度較高。因此，以窯尾氣體中一氧化碳為檢測對象是合適的。焙燒窯窯尾氣體成分的隨機測定數據見表1。
2 測定方法
2.1 采樣點的確定
采樣點可選擇兩處∶一是排煙機進口附近，二是焙燒窯窯筒尾部（距密封圈1.0m處）。選擇后者可以排除從窯尾至排煙機的漏風，一氧化碳濃度高，檢測容易，同時還可以更準確地反映出燃料燃燒情況。
2.2測定方法的選擇
一氧化碳濃度測定方法有∶奧氏氣體分析儀吸收法、氣相色譜法、紅外分析法和化學分析法等。本案例選擇紅外分析法。因為這種方法能自動、連續地進行工作，而且可靠性和穩定性較好。
2.3 窯尾氣體的特征和儀器的選擇
窯尾煙氣具有如下特征∶①高溫，煙氣溫度可達450℃；②高粉塵，此處含塵量高達1000g/Nm3，且塵粒較細；③高水分，煙氣水分為45%（露點60℃）；④高負壓，采樣點處負壓達400mmH2O。這就給氣體采樣、分析等工作帶來很大困難。僅有一臺好的分析儀器，而沒有一套可靠的煙氣處理系統，實際上是不能完成煙氣中一氧化碳連續分析任務的。為此，本案例選用天禹智控TY-6000系列紅外氣體分析儀。
2.4 測定的流程
根據窯尾煙氣特征、儀表性能，設計了一套一氧化碳在線檢測系統。該系統由一臺紅外氣體分析儀，可編程序控制器及一套取樣系統組成。測定流程如圖1 所示。
采樣過濾探頭安裝在焙燒窯窯尾處專門敷設的取樣管道上。啟動泵6，樣氣從采樣點取出，先經過濾探頭1濾去其中之粉塵，再經凝水器4進行一次除水后，大部分樣氣通過旁路排放掉，只有少量氣樣送至后級進行測量用。電子除濕器17對被測氣樣進行二次除水，再經干燥器18、19干燥，這樣就基本上排除了樣氣中的水分。然后樣氣經四通切換閥9、流量計11送至一氧化碳分析儀12進行分析。分析結果傳送到窯前記錄儀顯示。為操作者提供信息。
1—取樣濾頭；2—氣動球閥 PB1（常開）；3—氣動球閥PB2（常閉）；4—凝水器；5—電磁閥SV2（兩位三通）；6—取樣泵M1；7—電磁閥SV3（常閉）；8—流量計τV1；9—四通切換閥；10—電磁閥SV5；11—流量計 τV2；12—CO分析器；13—電磁閥SV1；14—儲水器1；15—電磁閥SV4;16—儲水器2；17—電子除濕器；18—干燥器1；19—干燥器2；20—電磁閥SV6
整套系統的控制部分是一臺可編程序控制器，具有如下功能∶①整套系統的順序控制；②自動反吹；③自動排水；④手動/自動；⑤報警信號處理。
3 檢測系統的運行
為了適應窯尾氣含水量大、粉塵高等特點，本案例對原儀器進行相應改進，以便提高整套系統的自動化程度和樣氣分析的可靠性。
3.1 采樣過濾頭位置的調整
采樣過濾探頭通過套筒裝在專門敷設的窯尾排煙管上。原設計采樣探頭裝在套筒內，不插入排煙管，如圖2（A）所示。探頭所處位置溫度較低，樣氣水分在探頭周圍凝結，使落在探頭上的粉塵變濕，造成反吹困難，其結果套管內積滿濕粉塵，致使采樣探頭嚴重堵塞，阻礙系統正常運行。為此，將采樣探頭伸入排煙管內10cm，如圖2（B）所示。這樣落在探頭上的粉塵會因高溫氣流作用快速烘干，易被反吹空氣吹落，從而保證了采樣探頭暢通，延長了探頭使用壽命。
3.2 空氣反吹裝置位置的調整
原設計中，壓縮空氣經分析儀器機柜，通過采樣管反吹至采樣探頭。由于其行程長，且采樣氣管內煙氣溫度降低而存有凝結水，造成反吹壓力不足和探頭變濕，易使采樣探頭堵死。為此，將空氣反吹裝置移至窯尾附近，從另一管路反吹至探頭，從而縮短了反吹距離，保證了足夠的風壓，對保護探頭亦起到了十分明顯的效果。
3.3 反吹空氣的凈化
由于采用系統壓縮空氣為反吹氣體，其中含有微量懸浮油分，這些油分吹入探頭內遇高溫形成炭黑微粒，在反吹壓力下滲入探頭微孔，造成探頭堵塞。為消除該現象，我們在壓縮空氣輸送管線上安裝兩個除油缸，獲得了較好的效果。
3.4 改編執行程序
為了適應采樣點工作狀況，進一步提高分析的可靠性，延長某些部件使用周期，對原有執行程序進行了改編，更合理地安排采樣、排放冷凝水、反吹探頭、停留等各段時間。在及時反映煙氣中一氧化碳濃度前提下，適當增加反吹次數，以延長探頭使用壽命。改編后執行程序如下∶
3.5 采樣探頭的選擇
本系統在運行過程中共使用了兩類過濾探頭。一類是不銹鋼材質，該類探頭按與固定環的連接方式不同又分為固定粘接式和固定焊接式兩種；另一類是陶瓷材質。實踐證明，粘接式不銹鋼探頭在高溫下易使粘結劑失效，造成探頭與固定環脫離，降低其使用壽命，而陶瓷探頭在受熱不均時易破損。故在尋求到更好的材質之前采用焊接式不銹鋼探頭為宜。
4 結 論
工業實踐證明∶氧化鋁焙燒窯窯尾煙氣中一氧化碳濃度在線檢測是可行的。采用本設計系統可以準確、及時測出煙氣中一氧化碳濃度值，做到提前預報。
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