张军 崔青 王庆光 闫新宏
(莱钢自动化部)
摘 要: 简要介绍了LGA—高炉煤气自动分析系统在高炉中的应用o LGA分析系统能实现持续不断地向高炉卞控室提供准确、可靠的H2%、CO%、CO2%现场在线数据，并可根据需要同时显示出阶段平均值、日平均值，成为高炉调剂的贡要参考依据。
关键词: LGA 高炉煤气 煤气分析
0 前言
银山型钢1 880 m3高炉自投产以来，保证了炼钢工序的铁水需求，实现了莱钢升上万吨钢强企的阶段性日标。但随着莱钢生产节奏的不断加快和对铁水质量、产量要求的不断提高，保证高炉炉况长期稳定顺行便尤为重要。实施监测高炉煤气成分变化，可以为分析炉况提供重要参考依据，据此可以及时采取措施予以调剂，以达到保证高炉稳定顺行、提高煤气利用率、提高煤比、降低消耗的日的。因此1 880 m3高炉另设了煤气分析系统，高炉煤气中H2 , CO , CO2含量实时传输到主控室，为高炉的稳定顺行提供了有效保障。
1 硬件配置及组成原理
1.1 系统硬件配置
LGA(半导体激光分析仪)煤气分析系统采用半导体激光气体装置，由发射单元、接收单元和中央分析仪器构成。由发射单元发出的激光束穿过被测烟道(或管道)，被安装在直径相对方向上的接收单元中的探测器接收，获得的测量信号通过缆线传输到中央分析仪器。中央分析仪器对测量信号进行分析，得到被测气体浓度。半导体激光气体分析系统组成见图1
1. 2 工作原理
此系统采用的是目前国际领先的半导体激光吸收光谱气体分析测量技术，即“单线光谱”测量技术。“单线光谱”测量技术通过测量被测气体某一特定吸收谱线来实现气体测量。首先，通过对被测气体吸收光谱的分析，选择某一位于特定波长的吸收光谱线，使得在所选吸收谱线波长附近无测量环境中其它气体组分的吸收谱线，从而避免了这些气体组分对该被测气体的交义吸收十涉。然后，通过调节激光器的温度和驱动电流，将激光器的激光束波长调整对应到此吸收谱线波长处。测量时通过改变半导体激光器工作电流来改变半导体激光波长，从而使激光波长扫描过选择的吸收谱线。半导体激光的谱宽非常窄，比吸收谱线的谱宽要小的多。
发射单元中发出的半导体激光穿过被测环境，然后落到接受单元中的光传感器上。在扫描激光波长时，由接受单元探测到的激光透过率将发生变化，目此变化仅仅是来自于激光器与接受器之间光通道内被测气体分了对激光强度的衰减。光强度的衰减与发射和接受单元之间的被测气体含量成正比。因此，通过测量激光强度衰减可以分析获得被测气体的浓度。其他气体的吸收谱线不会出现在所选波长范围内，因此不会对选择的吸收谱线产生干扰，从而不会影响气体含量的测量。
2 软件平台
2.1 系统平台、网络协议和数据库
系统采用目前国际上主流的成熟的软件平台，提高系统的稳定性、安全性，同时也可以方便地寻找到相应的技术支持。本系统考虑采用Windows 2000 Server。
由于系统的分布范围非常广，要考虑跨网络的可能，必须采用标准的网络陇议，本系统将采用TCP /IP协议。
为了保证系统未来的可扩展性，以及可能与其他系统的衔接和数据交换，在数据库的选择上必须考虑开放的数据库，如ORACLE 、SQL Server等，本系统考虑采用 SQL Server 2000。
2. 2 体系结构
采用客户/服务器与浏览器/服务器相结合的体系架构
客户/服务器(Clent/Server)的体系架构是一种非常成熟的体系结构。由于数据采集站的用户比较少，功能单一，同时客户/服务器的体系结构下的模块开发周期短，系统的安全性较高，适合于此种体系结构。
浏览器/服务器(Brcowser/Server)的体系架构己经逐渐成为日前信息化建设的默认标准，采用浏览器/服务器的体系机构将能够大幅度降低系统的使用和维护成本。有众多用户使用的查询类功能模块适合于此种体系结构。
2. 3 应用软件
Quantum系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统。Quantum具有模块化、体系结构可扩展的特点，广泛应用于工业过程中的实时控制。它包括Quantum系列CPU , I/O模板(以及采用远程I/O的800系列)、I/O接日、通讯模板、电源和底板。
Modicon Quantum PLC系统软件系统功能强大，符合国际IEC 1131标准的全部规定，提供了多种编程语言供用户选择，用户实现其控制思想的乎段大大增强，特别是程序生成的设计与编程与PLC硬件无关，并A带有分布式和多功能PLC系统的现代化硬件体系、与强大的操作员和监视系统(MM I)的接日以及最新通讯系统的配置。
3 技术特点
3. 1 高速以太环网技术应用
本套计算机网络系统采用高速以太环网，Clrent/Server结构，实现监控终端的集中显示、操作和故障自诊断。主PLC采用以太网模板140 NOE77101,此技术要点是通讯和连网模块控制从(或至)CPU的数据传输，获得通讯接日的最大灵活性。整个系统具有开发周期短，系统扩展性好，用户编程方便等诸多优点。
3. 2 测量准确性高
传统采样方式气体分析系统测量的是采样点那一局部范围的气体成分，但是，由于多种原因管道内不同位置的气体成分可能有较大的差异。这样，即使后续分析仪表的分析准确性再高，测量得到的气体成分的测量也无法准确代表竹道内的总体气体成分。与此相反，LGA系列半导体激光气体分析系统测量得到的是激光束从发射端到接收端传播过程中的平均气体浓度，从而可以较准确地衡量被测竹道内的气体成分。
另外，半导体激光气体分析系统具有内置温度和压力自动修正功能，能根据实际测量获得的被测环境温度和压力对气体成分测量值进行自动修正,从而实现非常准确的气体现场在线分析。
4 主要功能
4. 1 数据采集模块
将现场安装的LGA激光气体分析装置通过光纤与主控室相连，采集的各种数据信息实时自动传送到操作站，并对各种数据进行有效地控制。
4. 2 分析处理模块
LGA激光气体分析装置采集的CO%、CO2%、H2%数据通过光纤以太环网传送到主控室的处理模块上，经过处理模块将相应的数据传递给监控站，转化为直接数据，实现了全过程数字化实时监测。指导操作人员根据CO%、CO2%、H2%的数据走势，准确判断风口是否损坏，冷却系统是否向炉内漏水;并根据公式W = CO2% / ( CO+CO2%)计算煤气利用率，及时调剂炉况，保持较高的煤气利用率，实现了高产低耗，使高炉始终处在一个良好的冶炼状态之中。系统控制见图3
4.3 监控功能
LGA激光气体分析系统制作了报警画面、报警记录、实时趋势以及历史趋势画面。操作人员可以通过画面监视的设备的运行状况、参数的变化、观察趋势的状态，以及查询历史记录等。
高炉冶炼过程是一个连续的生产过程，全过程是在炉料自上而下，煤气自下而上的相匀_接触过程中完成的。从CO 、 CO2 , H2等指标能够清楚地判断出生铁的还原程度及冶炼水平。及时采取措施调整布料制度和送风制度、冷却系统检漏，很好地满足了高炉炼铁过程气体检测的需要。
5 结论
LGA高炉煤气分析系统技术先进，现场应用效果良好，能光学非接触、连续实时、高精度、高可靠地现场在线分析高炉煤气浓度，为操作人员提供精确、安全、可靠的分析数据，提高冶炼水平。同时降低维护工作量。该项目的技术水平在国内居领先地位，在冶金高炉特别是大型高炉中具有极高地推广价值。
参考文献
【1】中国冶金建设协会.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M ].北京:冶金工业出版社，2000.
【2】雷玉堂，王庆有，何加铭等.光电检测技术[M]，北京:中国计量出版社，1997.
热点播报
