合作背景

河北普陽鋼鐵有限公司是一家中外合資企業(yè)，始建于1992年。集燒結(jié)、煉鐵、軋材、科研為一體的綜合型鋼鐵企業(yè)。位于革命老區(qū)河北省邯鄲市武安市西部山區(qū)陽邑鎮(zhèn)。其中河北普陽鋼鐵有限公司軋板廠是二十一世紀(jì)新建的大型軋鋼企業(yè)，它擁有二十一世紀(jì)最先進(jìn)的3500mm 四輥可逆式中厚板軋機(jī)。

創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的不竭動(dòng)力。普陽鋼鐵始終堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展。不斷加大科技資金投入，2016年投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)4.6億元，2017年投入6.28億元，2018年專項(xiàng)投入1.2億元與東北大學(xué)合作進(jìn)行淬火機(jī)熱處理項(xiàng)目升級(jí)，為生產(chǎn)海工用鋼、高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼等打好基礎(chǔ)，進(jìn)行產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

項(xiàng)目介紹

隨著河北省率先實(shí)施《煉焦化學(xué)工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》和《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》，國家環(huán)保進(jìn)入了史上最嚴(yán)階段，鋼鐵熱處理領(lǐng)域也面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。越來越多的焦?fàn)t被關(guān)停，焦?fàn)t煤氣正成為稀缺資源，沒有焦?fàn)t煤氣混合的高爐或轉(zhuǎn)爐煤氣熱值較低，很難安全燃燒，一直未能在高品質(zhì)熱處理爐上成功穩(wěn)定使用。而采用天然氣在很多地區(qū)又不具備條件，并且價(jià)格昂貴、噸鋼燃?xì)獬杀靖?。加上熱處理爐尾氣環(huán)節(jié)殘氧含量檢測(cè)方案的缺陷和缺失，熱處理環(huán)節(jié)也經(jīng)常出現(xiàn)鋼坯發(fā)紅，燒損嚴(yán)重等問題。

因此，通過在熱處理爐前端對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行熱值檢測(cè)，使低熱值的高爐或轉(zhuǎn)爐煤氣，能更好的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全加熱；在熱處理爐后端進(jìn)行尾氣檢測(cè)，對(duì)優(yōu)化空燃比，減少燒損，提高能效。實(shí)現(xiàn)熱處理環(huán)節(jié)閉環(huán)控制，對(duì)于工藝優(yōu)化與節(jié)能環(huán)保具有重大意義。

2018年，軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的河北普陽鋼鐵中板廠熱處理線項(xiàng)目，選用了四方光電（武漢）儀器有限公司的在線氣體檢測(cè)系統(tǒng)（Gasboard-9031EX、Gasboard-9050）,熱處理爐11月成功點(diǎn)火，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)正火、淬火、回火工藝的穩(wěn)定生產(chǎn)。該項(xiàng)目成功突破了面向低熱值高爐煤氣的超低排放加熱技術(shù)，解決了低熱值煤氣不易點(diǎn)火、燃燒不穩(wěn)定、爆燃等難題，為鋼鐵企業(yè)因國家環(huán)保升級(jí)缺焦、爐內(nèi)工藝穩(wěn)定問題提供了一條有效的解決途徑。

一、在線氣體分析系統(tǒng)Gasboard-9031EX

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Gasboard-9031EX在線氣體分析系統(tǒng)針對(duì)樣氣中低粉塵工況設(shè)計(jì)，由預(yù)處理單元、控制單元、氣體分析單元三部分構(gòu)成；采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的非分光紅外（NDIR）氣體分析技術(shù)，可實(shí)時(shí)連續(xù)同時(shí)測(cè)量煤氣、生物燃?xì)獾臒嶂?，以及CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等多組分氣體的體積濃度和熱值計(jì)算；有利于提高煤氣利用效率、節(jié)能降耗、保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)。測(cè)試數(shù)據(jù)可通過RS-232或RS-485、4~20mA輸出接口傳輸?shù)缴霞?jí)集中控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)、工藝調(diào)整提供實(shí)時(shí)依據(jù)。

熱值單位Kcal/m3和MJ/m3可以自由切換。

產(chǎn)品特性

1、預(yù)處理單元：使用壽命長、性能穩(wěn)。采用不銹鋼、電加熱溫控干法取樣探頭，使用壽命長、精度高;利用最新反吹掃技術(shù)解決探頭堵塞問題，保證分析系統(tǒng)的可靠性；配置單級(jí)制冷器去除樣氣中的水分，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)過濾，確保儀器長期在線運(yùn)行。

2、控制單元：全自動(dòng)化檢測(cè)，操作簡單。采用PLC程序控制，自動(dòng)完成采樣、反吹、排水等操作。

3、氣體分析單元：同時(shí)測(cè)量氣體體積濃度與熱值。采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣分析儀Gasboard-3100（在線型）進(jìn)行氣體在線分析檢測(cè)，可同時(shí)測(cè)量CO、CO2、CH4、H2、O2、CnHm等多組分氣體的體積濃度，自動(dòng)計(jì)算并顯示煤氣、生物燃?xì)鉄嶂?，替代燃燒法熱值儀。

4、低維護(hù)、低運(yùn)行成本：實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，無需人工值守，極大降低企業(yè)成本。

5、數(shù)據(jù)智能化管理：可通過多種接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴霞?jí)集中控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)工藝提供實(shí)時(shí)依據(jù)。

6、準(zhǔn)確測(cè)量混合氣中的H2濃度，氣體采樣流量變化對(duì)H2熱導(dǎo)傳感器測(cè)量結(jié)果無影響，測(cè)量氣體濃度的同時(shí)，自動(dòng)計(jì)算熱值。

二、固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）Gasboard-9050

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Gasboard-9050固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）針對(duì)大型工業(yè)煙囪等固定污染源廢氣濃度監(jiān)測(cè)自主研發(fā)的在線氣體分析系統(tǒng)，可對(duì)熱處理爐尾氣中CO、CO2、O2等成分進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)，氧氣檢測(cè)不受還原性氣體（如CO、CH4、H2）影響，保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。同時(shí)可測(cè)量煙氣的流速、壓力、溫度、濕度、含氧量等數(shù)據(jù)，自動(dòng)記錄污染物排放總量和排放時(shí)間，并通過PSTN、GPRS、CDMA等通訊手段將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到管理部門，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染源排放的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

產(chǎn)品特性

1、專業(yè)化采樣及預(yù)處理裝置

采用加熱抽取法連續(xù)監(jiān)測(cè)氣態(tài)污染物，采樣探頭過濾面積大，濾芯更換方便。預(yù)處理系統(tǒng)主設(shè)備采用進(jìn)口器件，有效防水、防塵、防腐、防堵，適應(yīng)惡劣煙道環(huán)境。系統(tǒng)功能豐富，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣、吹掃、校準(zhǔn)、故障自診斷、報(bào)警等功能。

2、超低量程設(shè)計(jì)

測(cè)量范圍小于200ppm，滿足國家環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);分辨率達(dá)到1ppm，適用于低濃度煙氣認(rèn)證。

3、測(cè)量準(zhǔn)確度高

氣體分析單元采用非分光紅外氣體分析技術(shù)及長壽命電化學(xué)傳感技術(shù)，傳感器使用壽命長，多組分測(cè)量氣體間無交叉干擾，煙氣中氣態(tài)水對(duì)SO2、NO測(cè)量無影響，采樣流量對(duì)SO2、NO、CO的測(cè)量無影響，測(cè)量準(zhǔn)確度高。

4、工作性能穩(wěn)定

儀表機(jī)柜采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡明、穩(wěn)定性強(qiáng)，高自動(dòng)化低維護(hù)，無需人工值守即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，大幅減輕企業(yè)人工成本。

5、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能齊全，操作直觀簡便，并支持網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建及系統(tǒng)擴(kuò)展。具備多種數(shù)據(jù)輸出端口實(shí)現(xiàn)對(duì)污染源排放的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)方案

整個(gè)技術(shù)方案由三部分組成：包含預(yù)處理裝置、分析儀、通訊及數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

預(yù)處理裝置：氣體進(jìn)入分析儀傳感器之前進(jìn)行除塵、除水，同時(shí)，在除塵、除水的過程中待測(cè)氣體組分不被改變。

除塵：采用加熱過濾取樣探頭（5um）（濾過后粉塵≤200mg/m3）

除水：一級(jí)過濾精度為5um的氣水分離器；半導(dǎo)體冷凝器（輸出樣氣露點(diǎn)≤5℃）；一級(jí)過濾精度為0.1um的精密過濾器。（Gasboard-9050系統(tǒng)還配置蠕動(dòng)泵自動(dòng)排水單元，確保系統(tǒng)能完成正常采樣，排水過程。）

樣氣得到凈化后，基本已清除樣氣中粉塵和水分，同時(shí)樣氣的待測(cè)成分得以完整保留。

分析儀：本系統(tǒng)分析儀表采用了四方光電（武漢）儀器有限公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Gasboard-3100/Gasboard-3000在線紅外煤氣分析儀，Gasboard-3100能夠同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量樣氣中CO、CO2、CH4、H2、O2的濃度，并且具有在線動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能，能有效消除CO、CH4、CnHm氣體對(duì)H2檢測(cè)的影響。實(shí)時(shí)計(jì)算顯示煤氣熱值。Gasboard-3000能同時(shí)測(cè)量O2、CO、NO并實(shí)時(shí)輸出，氧氣測(cè)量不受還原性氣體影響。

通訊及數(shù)據(jù)導(dǎo)出：采用4~20mA信號(hào)輸出，連接客戶現(xiàn)場(chǎng)控制平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱值數(shù)據(jù)。

方案價(jià)值

本項(xiàng)目業(yè)主根據(jù)實(shí)時(shí)燃?xì)鉄嶂狄约拔矚獬煞謿堁趿孔兓M(jìn)行閉環(huán)工藝調(diào)節(jié)?？刂瓶杖急?。在穩(wěn)定爐溫，保障生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化燃燒，優(yōu)化燃?xì)饫寐?。?shí)現(xiàn)了高爐轉(zhuǎn)爐低熱值混合煤氣，能夠在中厚板軋制這種高品質(zhì)熱處理爐上穩(wěn)定運(yùn)用。整套設(shè)備操作簡單，響應(yīng)時(shí)間快，并通過4~20mA信號(hào)輸出，連接客戶中控平臺(tái)，便于業(yè)主遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與工藝管控?？梢詾楹罄m(xù)產(chǎn)線進(jìn)一步優(yōu)化以及后期自動(dòng)燒鋼提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

該設(shè)備熱處理爐于2019年11月成功點(diǎn)火，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)正火、淬火、回火工藝的穩(wěn)定生產(chǎn)。其中熱處理爐工作溫度300℃-980℃，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用低熱值煤氣超低排放型輻射管燒嘴脈沖燃燒，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)建立低熱值煤氣專用燃燒控制系統(tǒng)及控制策略，通過工藝過程的精準(zhǔn)執(zhí)行，爐溫控制精度±5℃以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了低熱值煤氣在熱處理爐上的成功穩(wěn)定應(yīng)用，為普陽鋼鐵的產(chǎn)品升級(jí)提供了可靠的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)