窑尾烟室气体分析仪常见故障及处理

窑尾烟室气体分析仪常见故障及处理

2007-8-22 19:24:00 来源：中国自动化网 浏览：94 网友评论 条 点击查看

窑尾烟室气体分析仪是通过在线连续提取、处理和分析窑尾烟室中的 O2，CO 和 NO 的 百分含量或 PPM 含量，来实时监测水泥回转窑内的煅烧状况。在生产中使用窑尾烟室气体 分析仪能够给企业带来较为可观的经济效益，因此窑尾烟室气体分析仪在一些水泥制造企 业里应用相当广泛。下面就窑尾烟室气体分析仪常见故障及处理方法进行简单介绍。 为了迅速地排除故障，恢复分析仪的正常运行，可按如下步骤进行故障排查：首先观 察分析仪的操作状态，检查各组件上的指示值（如压力，流量，温度监测表指示是否在正 常范围之内）；观察分析仪操作面板上的状态信息，看故障指示灯是否亮；检查 PLC 监控 单元的输入/输出状态是否正常等。 一、常见故障 1.“测量/吹扫”故障。①气体冷凝器冷凝液排放高位报警，主要原因 是冷凝液排出管堵塞或液位触点损坏，还有一种情况是自动排放时间设置太长。处理办法 是清通堵塞，更换液位触点重新设置排放时间；②试剂瓶液位低位报警，主要原因是试剂 用完或液位开关损坏；③探头吹扫压缩空气压力小于 300kPa，主要原因是管路泄漏或压缩 空气过滤元件堵塞。处理办法为堵塞泄漏部分，更换过滤元件；④测量气压力小或流量低， 导致分析仪工作异常。主要原因可能是采样探头堵塞或探头过滤器堵塞，还有一种可能是 探头过滤器密封定位螺钉泄漏。可以将系统转换到手动状态并启动吹扫周期，如无改善， 则应检查更换探头过滤器。还有一种情况也可以造成此故障：气体导管或气体调节输送设 备受污染，堵塞或有泄漏。处理办法是把分析系统与气体调节系统断开，用压缩空气吹洗 导管或用机械方法清除污物，检查气体导管泄漏。 2.“探头/冷却水”故障。①冷却水温度高报，主要是温度控制器或温度监测器损坏或 设置不当，还有一种可能是热交换器效果不佳。处理办法是重新设置温度控制器的控制值 和温度监测器的报警值，如已损坏则必须更换；热交换器效果不佳多为散热片蒙尘结垢， 清洗散热器即可。 ②冷却水压力小或流量小， 主要是压力监测表设置不当或冷却水泵损坏， 还有一种可能是冷却水管路泄漏。 3.气体分析系统的测量输出信号总是 0mA，导致分析系统一直低报。主要原因是 20mA 输出放大器保险丝烧断或测量输出电路开路。 4.在分析系统的校准过程中，当零点气校准变为跨度气校准时，分析仪显示变化或只 有微小的变化。故障的原因可能是：气体导管、过滤器或其他气体调节输送单元受污染， 堵塞或泄漏。还有一种可能是检测器出现故障。处理办法有以下几方面：向样气导管内吹 入压缩气或用机械方法清除污物；更换过滤器垫圈和填充物；检查气体导管有无泄漏，如 有必要，密封泄漏处；更换检测器。 5.测量值不稳定，输出信号波动较大。主要原因为对于红外线分析仪，可能是切光轮 旋转不均匀造成光源调制不一致，或者是检测器放大灵敏度丧失；另一种情况是测量输出 信号电路屏蔽接地不良。处理办法是拆除样品池，检查光源的切光轮是否匀速运动，如果 是切光轮问题则更换切光轮；如果是同步电机问题则更换同步电机。如果显示值超出该量

程的 30%～120%则应判断为放大器灵敏度失去，应对分析系统进行检查，必要时更换红外 线检测器；如果是屏蔽接地故障，则应改进屏蔽接地。热磁式氧传感器测量值波动大，很 有可能是环境温度太高或现场振动太大，环境温度最好控制在室温，所以分析室内最好安 装 1 台空调。要消除现场振动对分析仪所造成的影响。 6.某一光路不能调制零点。这是由于不恰当的样气预处理污染了样品池。处理办法是 检查处理样气预处理组件，清洗干燥样品池。具体步骤为拆下样品池，先用肥皂水清洗样 品池，再用蒸馏水冲洗，最后用高纯氮吹干，必要时更换样品池。 实例分析：窑尾气体分析仪 CO 含量超过量程上限，查故障原因为“AM 鄄 PL1”（即 C O 传感器灵敏度太大故障）。校 CO 零点，将 CO 零点调下后不久，又出现以上情况，“AMP L1”故障不能消除，用高纯 N2 冲洗测量室 5 分钟之后，重新调校跨度，“AMOL1”对 CO 灵敏度太大故障消除，CO 分析恢复正常。原因分析：此故障是在冷却器工作失灵之后才出 现的，估计是样气中的水蒸汽进入了样品池，从而造成分析干扰。 7.零点偏差“OFFS”漂移故障。气体分析仪正常运行一段时间之后，受环境温度或其 他因素的影响，各测量气的零点或跨度会逐渐产生漂移，因而必须定期对各测量的零点或 跨度进行校正。据经验，一般 1 至 2 个月必须进行 1 次校正，特殊情况下校正周期还要缩 短。①校正零点：零点气接至分析系统的零点气入口，打开零点气瓶总阀，调节气瓶上的 减压阀，使其输出压力为 0.3MPa，流量为 50L/h，按压分析器 Urass10E 面板上的（CAL） 校准键，按压“↑”“↓”键调出 CO 或 NO 零点气校准功能，分析仪面板上的 LCD 显示“Z ERO”，仪器进入校准状态，观察 CO 或 NO 的零点显示值，一直到稳定不变化为止，如有偏 差，可通过“↑”“↓”键予以修正，使其显示为零，然后用“ENTER”键确认，注意氧气 通道的零点不必校正。②校正跨度：跨度气接至分析仪的样气入口“SGIN”，打开标准气 瓶（CO/NO），调节气瓶上的减压阀，使其输出压力为 0.3MPa，按压分析器面板上的（CAL） 健，再按压“↑”“↓”键调出 CO 或 NO 的“SPCG”（即跨度校准功能），观察 CO 或 NO 的跨度显示值，一直到稳定状态，如有偏差，可通过“↑”“↓”键予以修正，并用“EN TER”确认。 以上气体的零点或跨度必须重复校正 3 次以上，确认已校正好之后，按压分析器面板 上的“MEASUER”键，气体分析仪随即进入测量分析状态。 8.其他注意事项。①探头过滤站中的过滤器应经常清洗，如堵塞，则冷却水泵不能启 动或启动后不久即跳停。②如果是氧气含量高报，通过手动多次吹扫采样探头和过滤器并 通过反复校正氧气跨度后测量结果没有改善，则应怀疑热磁式氧气分析仪采样全为空气的 可能性。实例分析：中控显示分析仪 02 高报，现场检查样气流量正常，反复校准 02 跨度 后仍然高报，仔细检查采样气回路，发现进入热磁式氧气分析的气管被冲开，处理后恢复 正常，O2 含量为 8.6%左右。③气体分析仪热交换器不能正常启动，多为温度控制器触点失 灵故障，致使 PLC 监控单元无输入/输出，处理触点后即可恢复正常。④如果控头经常堵塞 或卡位，则必须根据窑内工况条件的变化，适时更改程序中的自动探头吹扫时间和自动探 头移动时间。⑤可编程序控制器程序丢失后，可按如下步骤进行拷贝恢复：先把 PLC 的电 源关掉，拆下锂电池，取出电可洗记忆单元“EPROM”，然后放回。恢复 PLC 电源，将可编

程序控制器上的开关打至“停止”位至少 5S，然后再打至“拷贝”位，直到红灯停止闪烁 为止。然后将开关转至“运行”位，放回锂电池，绿灯此时应发光，PLC 的输入信号灯也 应显示正常状态。最坏的情况下需要更换 PLC 中央处理单元。 二、运行维护与保养开机投运之后，应注意按时检查、维护、保养和校准气体分析仪。 1.每日观察气体冷凝器工作是否正常，如果冷凝器自动排放装置积液太多，则需用程 序修改自动排放时间。 2.每日观察采样气的流量指示，如下降至 20L/h 发出流量报警信号时，应及时查找原 因。 3.定时（1 周或 1 月）检查膜式过滤器表面是否有微尘吸附，如膜式过滤器变色则应 及时更换，以保证样气回路的畅通。 4.每年检查 1 次冷却水路和采样气路的密封情况，更换老化的密封垫圈。 5.每年检查 1 次电气接头或通讯接口的使用情况。 气体分析仪用于在线分析窑尾烟气中 O2，CO，NO 的含量，指导中控人员的操作，一般 很少出现故障。当分析仪出现测量组分报警信号时，多为中控操作不当所至，此时应根据 分析仪提供的参数实时调节煤风的比例，而不是首先怀疑分析仪本身有问题。窑尾气体分 析仪在指导中控人员的合理操作中可以发挥积极的作用。

水泥行业废气成分分析仪的研制

2007-10-17 6:40:00 来源：中国自动化网

摘要:介绍一种采用新型非分光红外 NDIR 以及电化学传感器的多组分水泥窑废气成 分快速分析仪器。 该分析仪通过采用基于新型电调制红外光源的多通道红外气体探测 技术，配合长寿命电化学 O2 传感器，可以在一台仪器中实现气体成分中 CO2、CO、 NO、SO2、O2 等气体的实时快速测量。 1 、前言 水泥工业的节能减排已经成为降低我国 GDP 能耗的一个重要方面，新型干法水泥生 产线必将逐步取代老式的立窑生产方式。但是根据我国的实际情况，立窑与新型干法 水泥生产企业并存的状况在未来 5 年内得不到根本改变。 因此水泥行业的节能减排必 须同时考虑这两方面的工作。实践表明，通过对水泥窑的废气检测，可以指导水泥的 能耗，稳定热工制度， 对于降低水泥能耗和排放具有重要意义。 对于立窑，科学的热工标定对于降低热耗十分重要。立窑烟气中的 CO2、CO2、O2 含量是获取化学不完全燃烧热的重要依据。对于新型干法，窑尾烟室气体分析仪是通 过在线连续提取、处理和分析窑尾烟室中的 O2、CO 和 NO 的百分含量或 PPM 含量， 来实时监测水泥回转窑内的煅烧状况。 因为水泥回转窑内的煅烧情况直接关系到水泥 熟料的产量、质量、原燃料的消耗和综合成本。如果窑内煅烧温度过高或热工振荡过 大，不仅会大量消耗燃煤，甚至还会损害窑衬；如果煅烧温度过低，就会造成熟料的 夹生料，严重影响水泥熟料的质量。一方面，窑尾烟室气体分析仪的合理使用，可以 帮助中控操作人员实时了解窑内的煅烧状况和燃煤的完全燃烧状况， 指导操作人员及 时采取相应措施：如根据 CO 的含量，实时调节窑头的喷煤量和送风量，以便使燃煤 完全燃烧，获得最大限度的热效率，节省能源消耗；也可根据 NO 的 PPM 含量合理 调节窑头喷煤量的大小，以防止窑内的热工异常现象。另一方面，窑尾烟室气体分析 仪还有利于中控操作人员对整个煅烧过程信息做出整体的了解和综合判断， 从而指导 下一步的具体操作。 在我国的立窑企业，奥氏气体分析仪仍然是获取烟气中 CO、CO2、O2 的重要手段。 我国新型干法水泥生产过程的气体检测大都只能采用昂贵的进口仪器， 这也限制了气 体分析指导水泥生产技术在我国的推广。 奥氏气体分析作为一种经典的化学式手动分 析器,具有价格便宜的优点,但该方法是手动操作，精度低、速度慢，已不能适应工业 发展需要。近年来色谱分析仪得到推广，但是色谱分析仪需要对气体进行分离后再检 测，很难实现实时在线。红外气体分析仪在我国使用多年，但是以往技术往往只能在 一套分析仪器分析单一组分，不仅价格昂贵，维修复杂，而且气体之间的相互干扰也 没法消除。因此有必要研制一种高效、准确、价格合理的分析仪器用于气体成分的多 组分快速或在线监测。本文介绍一种采用新型的电调制红外多组分红外气体分析方 法，长寿命电化学 O2 传感器开发的集成化多组分气体分析仪。 2 、多组分气体分析仪原理 2．1 红外线多组分气体分析（CO2、CO、NO、SO） 当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从

朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为 I0,出射光的强度为 I,气体介质的厚度为 L。当由气体介质中的分子数 dN 的吸收所造成的光强减弱为 dI 时,根据朗伯--比尔吸收定律: dI/I=-KdN，式中 K 为比例常数。 经积分得:lnI=-KN+α (1) ， 式中:N 为吸收气体介质的分子总数; α 为积分常数。显然有 N∝cl,c 为气体浓度。 则式(1)可写成: I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-cL)=I0exp(-cL) (2) 式(2)表明,光强在气体介质中随浓度 c 及厚度 L 按指数规律衰减。吸收系数取决于气 体特性,各种气体的吸收系数 互不相同。对同一气体, 则随入射波长而变。若吸收 介质中含 i 种吸收气体, 则式(2)应改为: I=I0exp(-l∑i ci) (3) 因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适 合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。 以 CO2 分析为例，红外光源发射出 1-20um 的红外光，通过一定长度的气室吸收后， 经过一个 4.26m 波长的窄带滤光片后， 由红外传感器监测透过 4.26um 波长红外光的 强度，以此表示 CO2 气体的浓度，如果在探测器端放置一种具备四元的探测器，并 配备四种不同波长的滤光片，则在一台仪器内就可以完成对气体成分中 CO2、CO、 SO2、NO 的同时测量 2．3 电化学 O2 分析 O2 是一个安全参数，也是过剩空气系数的一个重要参数。本仪器采用了一种长寿命 （6 年）的电化学 O2 传感器，该传感器实际上是一种微型电流发生器，配合高精度 的前置放大电路，直接输出与浓度对应的电压进入仪器测控系统。 3 多组分气体分析仪特点 仪器包括用于 CO、CO2 等的 NDIR 红外气体探测器，以及 O2 探测器。 3．1 仪器测控系统 为了实现对气体浓度的测量、控制以及自动标定以及对不同组分的干扰校正等功能， 需要一个合适的微控制器来管理传感器。本研究采用 ADI 公司最新推出的 ADuc842 系统。ADuc842 是一个全集成的 12 位数据采集控制系统，除含有 8 路 12 为 A/D 外， 还具有 2 路 D/A、8052 内核、64K 程序储存器以及 UART、I2C、SPI 等串行 I/O 等功 能。 ADuc842 集如此强大的模拟与数字功能与一体， 作为多组分气体分析仪测控系统 具有体积小、功耗低、性价比高等优势。 ADuc842 通过采集参考和测量四路红外信号， 一路 TCD 热导 H2 传感器信号， 以及 2 路电化学传感器信号，通过测量标准气体曲线，采用非线性校正算法可以直接得到测 量气体的浓度，并通过 ADuc842 系统的串口每 1 秒向外部设备发送测量浓度数据。 在 ADuc842 多余的数据线和地址线基础上，设计了液晶显示驱动模块、打印驱动模 块、键盘输入模块、气泵控制、报警等接口，以便操作分析仪器。通过采用以上技术， 在一台分析仪器内实现了以往需要 6 台分析仪才可完成的工作。 3．2 电调制红外光源 传统的红外气体分析仪采用连续红外热辐射型光源，如镍锘丝、硅碳棒等红外加热元

件,其发出红外光的波长在 2～15ｍ之间，由于其热容量大，通常采用切光片对光源 进行调制。因此需要一个同步电机带动切光片旋转，其缺点在于存在机械转动。抗振 性差，攻耗大，不适合于便携设备；其次为保证调制的频率，还需要严格同步的电机 以及驱动电路，使得系统复杂化，成本也大大增加。本研究采用了国际上最新研制的 一种类金刚石镀膜红外光源。该光源采用导电不定型碳（CAC）多层镀膜技术，热容 量很低，因此升降温速度很快，其调制频率最高可以达到 200Hz，新型电调制光源的 使用，使得红外气体分析技术在仪器体积、成本、性能等方面都有实质性的提高。 3．3 气体干扰校正 从原理上讲，CO，CO2 之间由于采用了特征波长，彼此测量 间没有相互干扰，但是 由于受当前滤光片生产工艺的限制，滤光片具有一定的带宽，CO 与 CO2，以及 CO2 与参考通道之间具有一定的干扰（Crosstalking, Overlap）,因此成分之间具有一定的干 扰，如果不加以校准，测量的误差将达到 10% 以上，很难达到工业应用的要求， 如 按照单一标准气体 CO2 标定后，如果通入不含 CO2 的 70%的 CO 进入仪器， CO2 读数将达到 7%左右。为了消除红外分析气体之间的相互干扰， 本仪器设置了 10 点 标定程序，采用计算机算法得到了气体干扰校正方法，通过该方法的使用，可以使得 CO、CO2 的精度可以达到 2%以上。通过本研究也说明，采用以往单一组分红外气体 分析仪组成的气体分析系统，如果直接采用测量读数，将可能得到很不准确的测量结 果。 通过以上技术的采用，多组分气体分析仪可以实现以下组分和精度的测量 水泥废气分析仪技术参数 组分 COCO2NOSO2O2 量程 2000PPM 5%，15%40%5000PPM2000PPM25% 精度 FS2%2%2%2%3% 漂移 FS1%1%1%1%2% 四、 结论 （1）通过采用新型电调制红外光源，省却了以往红外气体分析仪器复杂和昂贵的电 机调制系统,大大降低了系统成本和功耗。实现了 CO、CO2、NO、SO2 的同时测量。 （2）通过采用长寿命的 O2S 电化学气体传感器与红外气体测量的组分，实现了气体 多组分的同时在线测量。 （3）红外测量组分间由于受滤光片带宽的限制，存在一定的相互干扰，通过计算机 校正算法可以将组分的测量精度提高到 2%以上，这也说明，以往单一组分的红外气 体分析仪直接用于气体分析，很可能造成测量数据不准确。

水泥窑废气在线监测技术与设备的发展与应用 当前在水泥工业生产现场使用的废气在线监测系统通常是由采样头、样气预处理系 统、分析系统和数据处理与传输系统四大部分构成的。其中采样头和样气预处理系统 常常连为一体，统称为取样系统。

1 取样系统 因此取样系统除了采集样气外，还要负责对样品进行降温、除尘和除湿等处理；如果 需要滤掉某些干扰组分， 也应在取样系统中进行。 而且， 这些处理过程要尽可能地快， 以免延长分析滞后时间。取样系统的技术含量很高。 2 分析系统 分析系统是监测设备的核心，其测量精度和速度决定着监测的效果。同时，由于生产 现场条件比较恶劣，只有能够长期稳定工作的过程分析仪器才能用于炉气的在线监 测。按照能够同时分析的成分多少，过程分析仪器可分为单指标和多指标两类。 2.1 单指标分析仪器 单指标分析仪器是利用成分的特殊物理或化学性质设计的， 通常仅选择性地分析所测 定混合气体中的一种成分。普遍的特点是技术成熟、结构简单，同时成本较低。在气 化发生炉应用的此类仪器有以下几种： （1）氧化锆氧量分析仪， （2）磁式氧分析仪， （3）热导式氢分析仪， （4）红外分析仪， （5）传感器类分析仪。 2.2 多指标分析仪器 绝大多数通过炉气信息实施控制的工艺所涉及的气体种类都不止一种。因此，多指标 的分析仪器更有实际应用的价值。常用的多指标分析仪器有以下几类： （1）工业气相色谱仪：工业气相色谱在炉气分析中应用最多，气体组分按 H2、N2、 CO 和 CO2 的顺序依次被测定。除了国内少数高炉仍采用该方法之外，工业气相色谱 仪逐渐被组合式分析系统或质谱仪代替。 （2）组合式分析系统：适于测定组分数小于 4 种的工艺过程，其实时性远优于工业 气相色谱仪；其成本又远低于质谱仪。因此，对于炉气中 CO、CO2 和 H2 的在线监 测、煤制粉过程中 CO 和 O2 的在线监控等领域应用较广。 （3）工业气体质谱仪：质谱仪以物质离子的质荷比作为判据进行定性和定量分析。 气体质谱仪通常采用电子轰击方式离子化，所有物质都有特征的解离方式。因此，从 原理上讲，质谱是一种”万能”仪器。

窑尾烟室气体分析仪在水泥行业的应用

时间：2007-7-2 13:41:40 文字选择：大 中 小

目前， 国内很多水泥企业认识到使用窑尾烟室气体分析仪能够给企业带来可观的经济效 益，因而窑尾烟室气体分析仪在一些水泥制造企业使用的相当广泛。不同的企业，由于对窑 尾烟室气体分析仪认识不同，其使用的效果亦不同，要使分析仪效用得到最大发挥，关键是 做好气体分析仪的使用、维护和日常管理工作。 窑尾烟室气体分析仪是通过在线连续提取、处理和分析窑尾烟室中的 O2、CO 和 NO 的 百分含量或 PPM 含量，来实时监测水泥回转窑内的煅烧状况。因为水泥回转窑内的煅烧情 况直接关系到水泥熟料的产量、质量、原燃料的消耗和综合成本。如果窑内煅烧温度过高或 热工振荡过大，不仅会大量消耗燃煤，甚至还会损害窑衬；如果煅烧温度过低，就会造成熟 料的夹生料，严重影响水泥熟料的质量。一方面，窑尾烟室气体分析仪的合理使用，可以帮 助中控操作人员实时了解窑内的煅烧状况和燃煤的完全燃烧状况， 指导操作人员及时采取相 应措施：如根据 CO 的含量，实时调节窑头的喷煤量和送风量，以便使燃煤完全燃烧，获得 最大限度的热效率， 节省能源消耗； 也可根据 NO 的 PPM 含量合理调节窑头喷煤量的大小， 以防止窑内的热工异常现象。 另一方面， 窑尾烟室气体分析仪还有利于中控操作人员对整个 煅烧过程信息做出整体的了解和综合判断，从而指导下一步的具体操作，做到有的放矢。 气体分析仪的组成及其功能窑尾气体分析仪可对 CO、 O2、 等气体浓度进行在线的、 NO 连续、 定量、 选择性的测量和分析， 系统由取样探头、 探头冷却水系统、 探头吹扫气路系统、 样气调节和输送系统、样气分析系统、PLC 监测控制系统等部分组成。 1.取样探头由 60 号探头管和过滤装置 FE1 组成。 探头管材质为高温不锈钢， 长度约 1500 ㎜，在有冷却水的情况下，可在 1400℃的环境中采样。由于用于分析的气体取样必须具有 代表性，因此探头尖端应安装在含尘较低的地方，避免安装在不可靠的空气入口处，同时应 避免安装在物料滑落处，否则探头在短时间内便会堵塞。根据试验，探头尖端的位置在窑尾 烟室出口处靠近窑尾密封圈，在窑壁向下转动的侧面上（密封口前 0～40 ㎝，密封口之上 20 ㎝）比较合适。探头尖端与旋转窑的砌砖应保持 20～40 ㎝的距离，以防止不当操作结圈 后影响探头的采样。 探头的热应力越小越好， 因此探头的长度不应长于气体取样所需的实际 长度；为了避开探头管尖端处的空气流，所以探头应稍稍向下 5～15°倾角安装。探头取样 装置在设计上还应注意以下几点： 探头应会自动回缩和插入， 以便用机械方法去除探头上可 能积聚的物料，自动控制及时间设置由 PLC 实施，动作次数一般每天为 1～10 次；如果探头 在回缩及插入时到达正确位置，则位置开关传递信号给可编程序控制器，PLC 监控单元显示 探头正常。如果在一定时间内探头没到达回缩位或插入位，则启动 PLC 中的报警；在下列异 常情况下，应通过 PLC 程序控制探头自动回缩，以保证在故障情况下探头不被烧坏：①冷却 水温度太高。②冷却水流量太低。③冷却水压力太低。④冷却水泵电源故障。 2.探头冷却水系统。冷却水系统用于对探头进行冷却和保护，由水过滤站、循环水泵、 热交换器及冷却水恒压器等组成。水过滤站包括 1 个过滤器、两个截流阀和 1 个检查阀。冷 却水电磁阀打开时，在封闭的冷却水回路中冷却水泵进行循环，流经探头后，通过一个带温 控器的电磁阀，当水温高于设定时，冷却水通过交换器经水泵输送至采样探头，此时 PLC 输出使水泵及热交换器启动；当水温低于设定值时，冷却水直接返回采样探头，此时，循环 水泵及热交换器停止工作。

压力监测表、流量监测表和温度监测表分别监测冷却水的压力、流量和温度。当以上 3 种检测信号有任意信号不满足条件时，则 PLC 输出指令使采样探头退出，并发出报警信号。 恒压器用于补偿冷却水压力的波动，若冷却水压超过 300kP，则安全阀打开进行泄压。由 于紧急冷却水入口电磁阀和紧急冷却水出口电磁阀设计为失电阀门打开， 得电阀门关闭， 所 以在紧急情况下或电源故障时，PLC 就会立即启动紧急冷却水系统。因此，专用于烟室气体 分析仪的储水罐必须保证有充足的水位，以保证分析仪电气系统失电或整个窑系统失电时， 水罐有充足的紧急冷却水储备，用于采样探头的冷却。 气体分析仪投入运行时，首先要启动探头冷却水系统。系统启动步骤及注意事项为：① 在没有启动冷却水循环水泵之前， 紧急冷却水入口和紧急冷却水出口电磁阀阀门打开， 冷却 水电磁阀关闭；②打开水过滤站的两个截流阀，再打开分析仪柜内的手动阀，使水充满冷却 水系统管道， 当没有空气从紧急冷却水出口排出时， 打开柜内的排放阀和气体取样探头上的 排放阀，当空气泡不再溢出时，关闭排放阀。③启动循环水泵，循环水泵启动后，紧急冷却 水入口及紧急冷却水出口电磁阀得电，阀门关闭。同时冷却水电磁阀得电，阀门打开，冷却 水在水泵的作用下进行循环流动。此时应注意观察压力表压力的上升，如果压力达到 120kP ，则应立即关闭手动阀。如果上述步骤完成之后，发现循环水泵运行不正常，则表明冷却 水回路内的气泡未排尽，或管路有漏水现象。处理漏水故障后，必须再次打开手动阀加入更 多的冷却水，同时打开排放阀排放气泡，直到压力达到 120kP时，才可关闭手动阀及排放 阀。 3.探头吹扫气路系统。探头吹扫压缩空气的预处理由压缩空气调节单元、压缩空气贮存 单元、压缩空气分配单元组成。压缩空气调节单元把压缩空气中的杂质如冷凝水、油和固体 颗粒在过滤器中除去， 过滤器中形成的冷凝液通过一个浮动开关自动进行排放。 减压器使压 缩空气保持 600kP的压力，如果压力过低，应检查原因，是否管路有泄漏。应注意的是： 压缩空气贮存罐和分配单元应尽可能靠近探头安装， 以尽量减少压缩空气的损耗， 达到彻底 吹扫的效果；压缩空气有严格的标准，水分露点小于 3℃，无油无尘，不符合要求易造成采 样气路的堵塞，同时影响样气的过滤效果。 4.样气调节和输送系统。样气通过测量气电磁阀进入气体冷凝器 CGEK5，样气在这里被 冷却至露点温度 3℃，在此形成的冷凝液被收集在分离器中，并用所需的控制设备（液位触 点）通过自动冷凝液排放装置排放。酸式过滤器安装在样气输送单元之后，样气分析系统之 前。 酸式过滤器一方面用来阻截在气体冷凝器中未被脱除的液珠， 另一方面则用来阻止样气 随后发生的化学反应，以免对样气分析系统造成损害和影响分析的准确性。 样气输送单元内的冷凝液监测器用于冷凝器之后进入气路的冷凝液或任何其他电导液 存在时发出报警信号， 同时冷凝液监测器也充当膜式过滤器， 因此它执行样气细过滤及发出 湿度报警信号的双重任务。 膜式过滤器用于吸附样气中的微尘， 经过探头过滤器之后的大量 微尘主要靠膜式过滤除去。样气流量小于 20L/h 时，样气流量监测器发出报警信号，此时应 查找原因，并对气路系统进行手动吹扫，必要时应拆下来进行清洗和烘干处理。 水泥窑烟气中 CO、NO、O2 的测量可能会受到 SO2 干扰，O2、SO2 和 H2O 在一起可形 成 H2SO4，酸会污染并干扰分析系统。如果通过 H202 这一氧化剂去除 S02，则在分析系统 中不会再有 H2S04 生成， 所以在气体冷凝器 CGEK5 之前应加入用于吸收 SO2 的 H202 混合液。 5.样气分析系统。样气分析系统由 Uras10E 红外线气体分析仪和 Magnos7G 热磁式氧分

析仪组成。Magnos7G 热磁式氧气分析仪工作原理是：在外加磁场，任何物质都会被感应磁 化。对常见气体，氧气的磁化率最高，所以可根据混合气体体积磁化的数值来测量混合气体 中氧气的含量。 6.PLC 监控系统。窑尾烟室气体分析仪的监控功能由可编程序控制器 OMRONC200HPLC 实施，此系统的标准组件包括以下模块：1 个中央处理模块 CPU01-1，1 个存贮模块 C200H-MR831，2 个数字输入/输出模块，4 个继电器输出模块，1 个时间模块。外部组件由 总线模块连接到中央处理器，通讯接口为 RS232C.气体分析仪操作步骤 1.做好开机前的准备 工作，检查窑尾塔架平台的应急冷却水水箱是否水满，启动水泵加满水箱后，将选择开关打 至自动位，以保持水箱的固定水位。 2.启动气体分析仪系统的电源，通电预热 2～4 小时，观察冷凝器运行情况，冷凝器面 板指示温度应逐步下降至 3℃，并且当热磁式氧分析仪上“TEMP”和“ERR”指示消失后， 分析仪方可投入运行。 3.启动探头冷却水系统，其具体操作步骤见上文相关部分。 4.打开压缩空气手动阀，检查压缩空气过滤单元压力表指示是否大于 0.3MPa. 5.按压现 场控制箱上的“探头插入”按钮，手动插入探头。再按压“吹扫”键，手动吹扫探头管和探 头过滤器 FE1. 6.如上述步骤都已到位，各项参数都已符合要求，则分析仪面板上的“探头/ 冷却水”“探头/吹扫”故障指示灯就会熄灭，此时将分析仪面板上的转换开关切换到“自 ， 动”位，PLC 程序自动执行一次吹扫后， “测量”灯就会亮，系统进入自动采样分析状态。 应注意的是，当窑在运行，分析系统忽然掉电时，虽然紧急冷却水会对探头进行冷却， 但冷却时间有限，此时应去现场用机械方式手动退出探头，以保护采样探头管；另外，探头 冷却水和吹扫气不要切断，除非有较长时间的停窑；当窑重新投入运行时，首先要检查冷却 水系统和吹扫系统是否正常，然后重复操作上述步骤 5 和 6.

窑尾烟室气体分析仪常见故障及处理

2007-8-22 19:24:00 来源：中国自动化网 浏览：94 网友评论 条 点击查看

窑尾烟室气体分析仪是通过在线连续提取、处理和分析窑尾烟室中的 O2，CO 和 NO 的 百分含量或 PPM 含量，来实时监测水泥回转窑内的煅烧状况。在生产中使用窑尾烟室气体 分析仪能够给企业带来较为可观的经济效益，因此窑尾烟室气体分析仪在一些水泥制造企 业里应用相当广泛。下面就窑尾烟室气体分析仪常见故障及处理方法进行简单介绍。 为了迅速地排除故障，恢复分析仪的正常运行，可按如下步骤进行故障排查：首先观 察分析仪的操作状态，检查各组件上的指示值（如压力，流量，温度监测表指示是否在正 常范围之内）；观察分析仪操作面板上的状态信息，看故障指示灯是否亮；检查 PLC 监控 单元的输入/输出状态是否正常等。 一、常见故障 1.“测量/吹扫”故障。①气体冷凝器冷凝液排放高位报警，主要原因 是冷凝液排出管堵塞或液位触点损坏，还有一种情况是自动排放时间设置太长。处理办法 是清通堵塞，更换液位触点重新设置排放时间；②试剂瓶液位低位报警，主要原因是试剂 用完或液位开关损坏；③探头吹扫压缩空气压力小于 300kPa，主要原因是管路泄漏或压缩 空气过滤元件堵塞。处理办法为堵塞泄漏部分，更换过滤元件；④测量气压力小或流量低， 导致分析仪工作异常。主要原因可能是采样探头堵塞或探头过滤器堵塞，还有一种可能是 探头过滤器密封定位螺钉泄漏。可以将系统转换到手动状态并启动吹扫周期，如无改善， 则应检查更换探头过滤器。还有一种情况也可以造成此故障：气体导管或气体调节输送设 备受污染，堵塞或有泄漏。处理办法是把分析系统与气体调节系统断开，用压缩空气吹洗 导管或用机械方法清除污物，检查气体导管泄漏。 2.“探头/冷却水”故障。①冷却水温度高报，主要是温度控制器或温度监测器损坏或 设置不当，还有一种可能是热交换器效果不佳。处理办法是重新设置温度控制器的控制值 和温度监测器的报警值，如已损坏则必须更换；热交换器效果不佳多为散热片蒙尘结垢， 清洗散热器即可。 ②冷却水压力小或流量小， 主要是压力监测表设置不当或冷却水泵损坏， 还有一种可能是冷却水管路泄漏。 3.气体分析系统的测量输出信号总是 0mA，导致分析系统一直低报。主要原因是 20mA 输出放大器保险丝烧断或测量输出电路开路。 4.在分析系统的校准过程中，当零点气校准变为跨度气校准时，分析仪显示变化或只 有微小的变化。故障的原因可能是：气体导管、过滤器或其他气体调节输送单元受污染， 堵塞或泄漏。还有一种可能是检测器出现故障。处理办法有以下几方面：向样气导管内吹 入压缩气或用机械方法清除污物；更换过滤器垫圈和填充物；检查气体导管有无泄漏，如 有必要，密封泄漏处；更换检测器。 5.测量值不稳定，输出信号波动较大。主要原因为对于红外线分析仪，可能是切光轮 旋转不均匀造成光源调制不一致，或者是检测器放大灵敏度丧失；另一种情况是测量输出 信号电路屏蔽接地不良。处理办法是拆除样品池，检查光源的切光轮是否匀速运动，如果 是切光轮问题则更换切光轮；如果是同步电机问题则更换同步电机。如果显示值超出该量

程的 30%～120%则应判断为放大器灵敏度失去，应对分析系统进行检查，必要时更换红外 线检测器；如果是屏蔽接地故障，则应改进屏蔽接地。热磁式氧传感器测量值波动大，很 有可能是环境温度太高或现场振动太大，环境温度最好控制在室温，所以分析室内最好安 装 1 台空调。要消除现场振动对分析仪所造成的影响。 6.某一光路不能调制零点。这是由于不恰当的样气预处理污染了样品池。处理办法是 检查处理样气预处理组件，清洗干燥样品池。具体步骤为拆下样品池，先用肥皂水清洗样 品池，再用蒸馏水冲洗，最后用高纯氮吹干，必要时更换样品池。 实例分析：窑尾气体分析仪 CO 含量超过量程上限，查故障原因为“AM 鄄 PL1”（即 C O 传感器灵敏度太大故障）。校 CO 零点，将 CO 零点调下后不久，又出现以上情况，“AMP L1”故障不能消除，用高纯 N2 冲洗测量室 5 分钟之后，重新调校跨度，“AMOL1”对 CO 灵敏度太大故障消除，CO 分析恢复正常。原因分析：此故障是在冷却器工作失灵之后才出 现的，估计是样气中的水蒸汽进入了样品池，从而造成分析干扰。 7.零点偏差“OFFS”漂移故障。气体分析仪正常运行一段时间之后，受环境温度或其 他因素的影响，各测量气的零点或跨度会逐渐产生漂移，因而必须定期对各测量的零点或 跨度进行校正。据经验，一般 1 至 2 个月必须进行 1 次校正，特殊情况下校正周期还要缩 短。①校正零点：零点气接至分析系统的零点气入口，打开零点气瓶总阀，调节气瓶上的 减压阀，使其输出压力为 0.3MPa，流量为 50L/h，按压分析器 Urass10E 面板上的（CAL） 校准键，按压“↑”“↓”键调出 CO 或 NO 零点气校准功能，分析仪面板上的 LCD 显示“Z ERO”，仪器进入校准状态，观察 CO 或 NO 的零点显示值，一直到稳定不变化为止，如有偏 差，可通过“↑”“↓”键予以修正，使其显示为零，然后用“ENTER”键确认，注意氧气 通道的零点不必校正。②校正跨度：跨度气接至分析仪的样气入口“SGIN”，打开标准气 瓶（CO/NO），调节气瓶上的减压阀，使其输出压力为 0.3MPa，按压分析器面板上的（CAL） 健，再按压“↑”“↓”键调出 CO 或 NO 的“SPCG”（即跨度校准功能），观察 CO 或 NO 的跨度显示值，一直到稳定状态，如有偏差，可通过“↑”“↓”键予以修正，并用“EN TER”确认。 以上气体的零点或跨度必须重复校正 3 次以上，确认已校正好之后，按压分析器面板 上的“MEASUER”键，气体分析仪随即进入测量分析状态。 8.其他注意事项。①探头过滤站中的过滤器应经常清洗，如堵塞，则冷却水泵不能启 动或启动后不久即跳停。②如果是氧气含量高报，通过手动多次吹扫采样探头和过滤器并 通过反复校正氧气跨度后测量结果没有改善，则应怀疑热磁式氧气分析仪采样全为空气的 可能性。实例分析：中控显示分析仪 02 高报，现场检查样气流量正常，反复校准 02 跨度 后仍然高报，仔细检查采样气回路，发现进入热磁式氧气分析的气管被冲开，处理后恢复 正常，O2 含量为 8.6%左右。③气体分析仪热交换器不能正常启动，多为温度控制器触点失 灵故障，致使 PLC 监控单元无输入/输出，处理触点后即可恢复正常。④如果控头经常堵塞 或卡位，则必须根据窑内工况条件的变化，适时更改程序中的自动探头吹扫时间和自动探 头移动时间。⑤可编程序控制器程序丢失后，可按如下步骤进行拷贝恢复：先把 PLC 的电 源关掉，拆下锂电池，取出电可洗记忆单元“EPROM”，然后放回。恢复 PLC 电源，将可编

程序控制器上的开关打至“停止”位至少 5S，然后再打至“拷贝”位，直到红灯停止闪烁 为止。然后将开关转至“运行”位，放回锂电池，绿灯此时应发光，PLC 的输入信号灯也 应显示正常状态。最坏的情况下需要更换 PLC 中央处理单元。 二、运行维护与保养开机投运之后，应注意按时检查、维护、保养和校准气体分析仪。 1.每日观察气体冷凝器工作是否正常，如果冷凝器自动排放装置积液太多，则需用程 序修改自动排放时间。 2.每日观察采样气的流量指示，如下降至 20L/h 发出流量报警信号时，应及时查找原 因。 3.定时（1 周或 1 月）检查膜式过滤器表面是否有微尘吸附，如膜式过滤器变色则应 及时更换，以保证样气回路的畅通。 4.每年检查 1 次冷却水路和采样气路的密封情况，更换老化的密封垫圈。 5.每年检查 1 次电气接头或通讯接口的使用情况。 气体分析仪用于在线分析窑尾烟气中 O2，CO，NO 的含量，指导中控人员的操作，一般 很少出现故障。当分析仪出现测量组分报警信号时，多为中控操作不当所至，此时应根据 分析仪提供的参数实时调节煤风的比例，而不是首先怀疑分析仪本身有问题。窑尾气体分 析仪在指导中控人员的合理操作中可以发挥积极的作用。

水泥行业废气成分分析仪的研制

2007-10-17 6:40:00 来源：中国自动化网

摘要:介绍一种采用新型非分光红外 NDIR 以及电化学传感器的多组分水泥窑废气成 分快速分析仪器。 该分析仪通过采用基于新型电调制红外光源的多通道红外气体探测 技术，配合长寿命电化学 O2 传感器，可以在一台仪器中实现气体成分中 CO2、CO、 NO、SO2、O2 等气体的实时快速测量。 1 、前言 水泥工业的节能减排已经成为降低我国 GDP 能耗的一个重要方面，新型干法水泥生 产线必将逐步取代老式的立窑生产方式。但是根据我国的实际情况，立窑与新型干法 水泥生产企业并存的状况在未来 5 年内得不到根本改变。 因此水泥行业的节能减排必 须同时考虑这两方面的工作。实践表明，通过对水泥窑的废气检测，可以指导水泥的 能耗，稳定热工制度， 对于降低水泥能耗和排放具有重要意义。 对于立窑，科学的热工标定对于降低热耗十分重要。立窑烟气中的 CO2、CO2、O2 含量是获取化学不完全燃烧热的重要依据。对于新型干法，窑尾烟室气体分析仪是通 过在线连续提取、处理和分析窑尾烟室中的 O2、CO 和 NO 的百分含量或 PPM 含量， 来实时监测水泥回转窑内的煅烧状况。 因为水泥回转窑内的煅烧情况直接关系到水泥 熟料的产量、质量、原燃料的消耗和综合成本。如果窑内煅烧温度过高或热工振荡过 大，不仅会大量消耗燃煤，甚至还会损害窑衬；如果煅烧温度过低，就会造成熟料的 夹生料，严重影响水泥熟料的质量。一方面，窑尾烟室气体分析仪的合理使用，可以 帮助中控操作人员实时了解窑内的煅烧状况和燃煤的完全燃烧状况， 指导操作人员及 时采取相应措施：如根据 CO 的含量，实时调节窑头的喷煤量和送风量，以便使燃煤 完全燃烧，获得最大限度的热效率，节省能源消耗；也可根据 NO 的 PPM 含量合理 调节窑头喷煤量的大小，以防止窑内的热工异常现象。另一方面，窑尾烟室气体分析 仪还有利于中控操作人员对整个煅烧过程信息做出整体的了解和综合判断， 从而指导 下一步的具体操作。 在我国的立窑企业，奥氏气体分析仪仍然是获取烟气中 CO、CO2、O2 的重要手段。 我国新型干法水泥生产过程的气体检测大都只能采用昂贵的进口仪器， 这也限制了气 体分析指导水泥生产技术在我国的推广。 奥氏气体分析作为一种经典的化学式手动分 析器,具有价格便宜的优点,但该方法是手动操作，精度低、速度慢，已不能适应工业 发展需要。近年来色谱分析仪得到推广，但是色谱分析仪需要对气体进行分离后再检 测，很难实现实时在线。红外气体分析仪在我国使用多年，但是以往技术往往只能在 一套分析仪器分析单一组分，不仅价格昂贵，维修复杂，而且气体之间的相互干扰也 没法消除。因此有必要研制一种高效、准确、价格合理的分析仪器用于气体成分的多 组分快速或在线监测。本文介绍一种采用新型的电调制红外多组分红外气体分析方 法，长寿命电化学 O2 传感器开发的集成化多组分气体分析仪。 2 、多组分气体分析仪原理 2．1 红外线多组分气体分析（CO2、CO、NO、SO） 当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从

朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为 I0,出射光的强度为 I,气体介质的厚度为 L。当由气体介质中的分子数 dN 的吸收所造成的光强减弱为 dI 时,根据朗伯--比尔吸收定律: dI/I=-KdN，式中 K 为比例常数。 经积分得:lnI=-KN+α (1) ， 式中:N 为吸收气体介质的分子总数; α 为积分常数。显然有 N∝cl,c 为气体浓度。 则式(1)可写成: I=exp(α)exp(-KN)=exp(α)exp(-cL)=I0exp(-cL) (2) 式(2)表明,光强在气体介质中随浓度 c 及厚度 L 按指数规律衰减。吸收系数取决于气 体特性,各种气体的吸收系数 互不相同。对同一气体, 则随入射波长而变。若吸收 介质中含 i 种吸收气体, 则式(2)应改为: I=I0exp(-l∑i ci) (3) 因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适 合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。 以 CO2 分析为例，红外光源发射出 1-20um 的红外光，通过一定长度的气室吸收后， 经过一个 4.26m 波长的窄带滤光片后， 由红外传感器监测透过 4.26um 波长红外光的 强度，以此表示 CO2 气体的浓度，如果在探测器端放置一种具备四元的探测器，并 配备四种不同波长的滤光片，则在一台仪器内就可以完成对气体成分中 CO2、CO、 SO2、NO 的同时测量 2．3 电化学 O2 分析 O2 是一个安全参数，也是过剩空气系数的一个重要参数。本仪器采用了一种长寿命 （6 年）的电化学 O2 传感器，该传感器实际上是一种微型电流发生器，配合高精度 的前置放大电路，直接输出与浓度对应的电压进入仪器测控系统。 3 多组分气体分析仪特点 仪器包括用于 CO、CO2 等的 NDIR 红外气体探测器，以及 O2 探测器。 3．1 仪器测控系统 为了实现对气体浓度的测量、控制以及自动标定以及对不同组分的干扰校正等功能， 需要一个合适的微控制器来管理传感器。本研究采用 ADI 公司最新推出的 ADuc842 系统。ADuc842 是一个全集成的 12 位数据采集控制系统，除含有 8 路 12 为 A/D 外， 还具有 2 路 D/A、8052 内核、64K 程序储存器以及 UART、I2C、SPI 等串行 I/O 等功 能。 ADuc842 集如此强大的模拟与数字功能与一体， 作为多组分气体分析仪测控系统 具有体积小、功耗低、性价比高等优势。 ADuc842 通过采集参考和测量四路红外信号， 一路 TCD 热导 H2 传感器信号， 以及 2 路电化学传感器信号，通过测量标准气体曲线，采用非线性校正算法可以直接得到测 量气体的浓度，并通过 ADuc842 系统的串口每 1 秒向外部设备发送测量浓度数据。 在 ADuc842 多余的数据线和地址线基础上，设计了液晶显示驱动模块、打印驱动模 块、键盘输入模块、气泵控制、报警等接口，以便操作分析仪器。通过采用以上技术， 在一台分析仪器内实现了以往需要 6 台分析仪才可完成的工作。 3．2 电调制红外光源 传统的红外气体分析仪采用连续红外热辐射型光源，如镍锘丝、硅碳棒等红外加热元

件,其发出红外光的波长在 2～15ｍ之间，由于其热容量大，通常采用切光片对光源 进行调制。因此需要一个同步电机带动切光片旋转，其缺点在于存在机械转动。抗振 性差，攻耗大，不适合于便携设备；其次为保证调制的频率，还需要严格同步的电机 以及驱动电路，使得系统复杂化，成本也大大增加。本研究采用了国际上最新研制的 一种类金刚石镀膜红外光源。该光源采用导电不定型碳（CAC）多层镀膜技术，热容 量很低，因此升降温速度很快，其调制频率最高可以达到 200Hz，新型电调制光源的 使用，使得红外气体分析技术在仪器体积、成本、性能等方面都有实质性的提高。 3．3 气体干扰校正 从原理上讲，CO，CO2 之间由于采用了特征波长，彼此测量 间没有相互干扰，但是 由于受当前滤光片生产工艺的限制，滤光片具有一定的带宽，CO 与 CO2，以及 CO2 与参考通道之间具有一定的干扰（Crosstalking, Overlap）,因此成分之间具有一定的干 扰，如果不加以校准，测量的误差将达到 10% 以上，很难达到工业应用的要求， 如 按照单一标准气体 CO2 标定后，如果通入不含 CO2 的 70%的 CO 进入仪器， CO2 读数将达到 7%左右。为了消除红外分析气体之间的相互干扰， 本仪器设置了 10 点 标定程序，采用计算机算法得到了气体干扰校正方法，通过该方法的使用，可以使得 CO、CO2 的精度可以达到 2%以上。通过本研究也说明，采用以往单一组分红外气体 分析仪组成的气体分析系统，如果直接采用测量读数，将可能得到很不准确的测量结 果。 通过以上技术的采用，多组分气体分析仪可以实现以下组分和精度的测量 水泥废气分析仪技术参数 组分 COCO2NOSO2O2 量程 2000PPM 5%，15%40%5000PPM2000PPM25% 精度 FS2%2%2%2%3% 漂移 FS1%1%1%1%2% 四、 结论 （1）通过采用新型电调制红外光源，省却了以往红外气体分析仪器复杂和昂贵的电 机调制系统,大大降低了系统成本和功耗。实现了 CO、CO2、NO、SO2 的同时测量。 （2）通过采用长寿命的 O2S 电化学气体传感器与红外气体测量的组分，实现了气体 多组分的同时在线测量。 （3）红外测量组分间由于受滤光片带宽的限制，存在一定的相互干扰，通过计算机 校正算法可以将组分的测量精度提高到 2%以上，这也说明，以往单一组分的红外气 体分析仪直接用于气体分析，很可能造成测量数据不准确。

水泥窑废气在线监测技术与设备的发展与应用 当前在水泥工业生产现场使用的废气在线监测系统通常是由采样头、样气预处理系 统、分析系统和数据处理与传输系统四大部分构成的。其中采样头和样气预处理系统 常常连为一体，统称为取样系统。

1 取样系统 因此取样系统除了采集样气外，还要负责对样品进行降温、除尘和除湿等处理；如果 需要滤掉某些干扰组分， 也应在取样系统中进行。 而且， 这些处理过程要尽可能地快， 以免延长分析滞后时间。取样系统的技术含量很高。 2 分析系统 分析系统是监测设备的核心，其测量精度和速度决定着监测的效果。同时，由于生产 现场条件比较恶劣，只有能够长期稳定工作的过程分析仪器才能用于炉气的在线监 测。按照能够同时分析的成分多少，过程分析仪器可分为单指标和多指标两类。 2.1 单指标分析仪器 单指标分析仪器是利用成分的特殊物理或化学性质设计的， 通常仅选择性地分析所测 定混合气体中的一种成分。普遍的特点是技术成熟、结构简单，同时成本较低。在气 化发生炉应用的此类仪器有以下几种： （1）氧化锆氧量分析仪， （2）磁式氧分析仪， （3）热导式氢分析仪， （4）红外分析仪， （5）传感器类分析仪。 2.2 多指标分析仪器 绝大多数通过炉气信息实施控制的工艺所涉及的气体种类都不止一种。因此，多指标 的分析仪器更有实际应用的价值。常用的多指标分析仪器有以下几类： （1）工业气相色谱仪：工业气相色谱在炉气分析中应用最多，气体组分按 H2、N2、 CO 和 CO2 的顺序依次被测定。除了国内少数高炉仍采用该方法之外，工业气相色谱 仪逐渐被组合式分析系统或质谱仪代替。 （2）组合式分析系统：适于测定组分数小于 4 种的工艺过程，其实时性远优于工业 气相色谱仪；其成本又远低于质谱仪。因此，对于炉气中 CO、CO2 和 H2 的在线监 测、煤制粉过程中 CO 和 O2 的在线监控等领域应用较广。 （3）工业气体质谱仪：质谱仪以物质离子的质荷比作为判据进行定性和定量分析。 气体质谱仪通常采用电子轰击方式离子化，所有物质都有特征的解离方式。因此，从 原理上讲，质谱是一种”万能”仪器。

窑尾烟室气体分析仪在水泥行业的应用

时间：2007-7-2 13:41:40 文字选择：大 中 小

目前， 国内很多水泥企业认识到使用窑尾烟室气体分析仪能够给企业带来可观的经济效 益，因而窑尾烟室气体分析仪在一些水泥制造企业使用的相当广泛。不同的企业，由于对窑 尾烟室气体分析仪认识不同，其使用的效果亦不同，要使分析仪效用得到最大发挥，关键是 做好气体分析仪的使用、维护和日常管理工作。 窑尾烟室气体分析仪是通过在线连续提取、处理和分析窑尾烟室中的 O2、CO 和 NO 的 百分含量或 PPM 含量，来实时监测水泥回转窑内的煅烧状况。因为水泥回转窑内的煅烧情 况直接关系到水泥熟料的产量、质量、原燃料的消耗和综合成本。如果窑内煅烧温度过高或 热工振荡过大，不仅会大量消耗燃煤，甚至还会损害窑衬；如果煅烧温度过低，就会造成熟 料的夹生料，严重影响水泥熟料的质量。一方面，窑尾烟室气体分析仪的合理使用，可以帮 助中控操作人员实时了解窑内的煅烧状况和燃煤的完全燃烧状况， 指导操作人员及时采取相 应措施：如根据 CO 的含量，实时调节窑头的喷煤量和送风量，以便使燃煤完全燃烧，获得 最大限度的热效率， 节省能源消耗； 也可根据 NO 的 PPM 含量合理调节窑头喷煤量的大小， 以防止窑内的热工异常现象。 另一方面， 窑尾烟室气体分析仪还有利于中控操作人员对整个 煅烧过程信息做出整体的了解和综合判断，从而指导下一步的具体操作，做到有的放矢。 气体分析仪的组成及其功能窑尾气体分析仪可对 CO、 O2、 等气体浓度进行在线的、 NO 连续、 定量、 选择性的测量和分析， 系统由取样探头、 探头冷却水系统、 探头吹扫气路系统、 样气调节和输送系统、样气分析系统、PLC 监测控制系统等部分组成。 1.取样探头由 60 号探头管和过滤装置 FE1 组成。 探头管材质为高温不锈钢， 长度约 1500 ㎜，在有冷却水的情况下，可在 1400℃的环境中采样。由于用于分析的气体取样必须具有 代表性，因此探头尖端应安装在含尘较低的地方，避免安装在不可靠的空气入口处，同时应 避免安装在物料滑落处，否则探头在短时间内便会堵塞。根据试验，探头尖端的位置在窑尾 烟室出口处靠近窑尾密封圈，在窑壁向下转动的侧面上（密封口前 0～40 ㎝，密封口之上 20 ㎝）比较合适。探头尖端与旋转窑的砌砖应保持 20～40 ㎝的距离，以防止不当操作结圈 后影响探头的采样。 探头的热应力越小越好， 因此探头的长度不应长于气体取样所需的实际 长度；为了避开探头管尖端处的空气流，所以探头应稍稍向下 5～15°倾角安装。探头取样 装置在设计上还应注意以下几点： 探头应会自动回缩和插入， 以便用机械方法去除探头上可 能积聚的物料，自动控制及时间设置由 PLC 实施，动作次数一般每天为 1～10 次；如果探头 在回缩及插入时到达正确位置，则位置开关传递信号给可编程序控制器，PLC 监控单元显示 探头正常。如果在一定时间内探头没到达回缩位或插入位，则启动 PLC 中的报警；在下列异 常情况下，应通过 PLC 程序控制探头自动回缩，以保证在故障情况下探头不被烧坏：①冷却 水温度太高。②冷却水流量太低。③冷却水压力太低。④冷却水泵电源故障。 2.探头冷却水系统。冷却水系统用于对探头进行冷却和保护，由水过滤站、循环水泵、 热交换器及冷却水恒压器等组成。水过滤站包括 1 个过滤器、两个截流阀和 1 个检查阀。冷 却水电磁阀打开时，在封闭的冷却水回路中冷却水泵进行循环，流经探头后，通过一个带温 控器的电磁阀，当水温高于设定时，冷却水通过交换器经水泵输送至采样探头，此时 PLC 输出使水泵及热交换器启动；当水温低于设定值时，冷却水直接返回采样探头，此时，循环 水泵及热交换器停止工作。

压力监测表、流量监测表和温度监测表分别监测冷却水的压力、流量和温度。当以上 3 种检测信号有任意信号不满足条件时，则 PLC 输出指令使采样探头退出，并发出报警信号。 恒压器用于补偿冷却水压力的波动，若冷却水压超过 300kP，则安全阀打开进行泄压。由 于紧急冷却水入口电磁阀和紧急冷却水出口电磁阀设计为失电阀门打开， 得电阀门关闭， 所 以在紧急情况下或电源故障时，PLC 就会立即启动紧急冷却水系统。因此，专用于烟室气体 分析仪的储水罐必须保证有充足的水位，以保证分析仪电气系统失电或整个窑系统失电时， 水罐有充足的紧急冷却水储备，用于采样探头的冷却。 气体分析仪投入运行时，首先要启动探头冷却水系统。系统启动步骤及注意事项为：① 在没有启动冷却水循环水泵之前， 紧急冷却水入口和紧急冷却水出口电磁阀阀门打开， 冷却 水电磁阀关闭；②打开水过滤站的两个截流阀，再打开分析仪柜内的手动阀，使水充满冷却 水系统管道， 当没有空气从紧急冷却水出口排出时， 打开柜内的排放阀和气体取样探头上的 排放阀，当空气泡不再溢出时，关闭排放阀。③启动循环水泵，循环水泵启动后，紧急冷却 水入口及紧急冷却水出口电磁阀得电，阀门关闭。同时冷却水电磁阀得电，阀门打开，冷却 水在水泵的作用下进行循环流动。此时应注意观察压力表压力的上升，如果压力达到 120kP ，则应立即关闭手动阀。如果上述步骤完成之后，发现循环水泵运行不正常，则表明冷却 水回路内的气泡未排尽，或管路有漏水现象。处理漏水故障后，必须再次打开手动阀加入更 多的冷却水，同时打开排放阀排放气泡，直到压力达到 120kP时，才可关闭手动阀及排放 阀。 3.探头吹扫气路系统。探头吹扫压缩空气的预处理由压缩空气调节单元、压缩空气贮存 单元、压缩空气分配单元组成。压缩空气调节单元把压缩空气中的杂质如冷凝水、油和固体 颗粒在过滤器中除去， 过滤器中形成的冷凝液通过一个浮动开关自动进行排放。 减压器使压 缩空气保持 600kP的压力，如果压力过低，应检查原因，是否管路有泄漏。应注意的是： 压缩空气贮存罐和分配单元应尽可能靠近探头安装， 以尽量减少压缩空气的损耗， 达到彻底 吹扫的效果；压缩空气有严格的标准，水分露点小于 3℃，无油无尘，不符合要求易造成采 样气路的堵塞，同时影响样气的过滤效果。 4.样气调节和输送系统。样气通过测量气电磁阀进入气体冷凝器 CGEK5，样气在这里被 冷却至露点温度 3℃，在此形成的冷凝液被收集在分离器中，并用所需的控制设备（液位触 点）通过自动冷凝液排放装置排放。酸式过滤器安装在样气输送单元之后，样气分析系统之 前。 酸式过滤器一方面用来阻截在气体冷凝器中未被脱除的液珠， 另一方面则用来阻止样气 随后发生的化学反应，以免对样气分析系统造成损害和影响分析的准确性。 样气输送单元内的冷凝液监测器用于冷凝器之后进入气路的冷凝液或任何其他电导液 存在时发出报警信号， 同时冷凝液监测器也充当膜式过滤器， 因此它执行样气细过滤及发出 湿度报警信号的双重任务。 膜式过滤器用于吸附样气中的微尘， 经过探头过滤器之后的大量 微尘主要靠膜式过滤除去。样气流量小于 20L/h 时，样气流量监测器发出报警信号，此时应 查找原因，并对气路系统进行手动吹扫，必要时应拆下来进行清洗和烘干处理。 水泥窑烟气中 CO、NO、O2 的测量可能会受到 SO2 干扰，O2、SO2 和 H2O 在一起可形 成 H2SO4，酸会污染并干扰分析系统。如果通过 H202 这一氧化剂去除 S02，则在分析系统 中不会再有 H2S04 生成， 所以在气体冷凝器 CGEK5 之前应加入用于吸收 SO2 的 H202 混合液。 5.样气分析系统。样气分析系统由 Uras10E 红外线气体分析仪和 Magnos7G 热磁式氧分

析仪组成。Magnos7G 热磁式氧气分析仪工作原理是：在外加磁场，任何物质都会被感应磁 化。对常见气体，氧气的磁化率最高，所以可根据混合气体体积磁化的数值来测量混合气体 中氧气的含量。 6.PLC 监控系统。窑尾烟室气体分析仪的监控功能由可编程序控制器 OMRONC200HPLC 实施，此系统的标准组件包括以下模块：1 个中央处理模块 CPU01-1，1 个存贮模块 C200H-MR831，2 个数字输入/输出模块，4 个继电器输出模块，1 个时间模块。外部组件由 总线模块连接到中央处理器，通讯接口为 RS232C.气体分析仪操作步骤 1.做好开机前的准备 工作，检查窑尾塔架平台的应急冷却水水箱是否水满，启动水泵加满水箱后，将选择开关打 至自动位，以保持水箱的固定水位。 2.启动气体分析仪系统的电源，通电预热 2～4 小时，观察冷凝器运行情况，冷凝器面 板指示温度应逐步下降至 3℃，并且当热磁式氧分析仪上“TEMP”和“ERR”指示消失后， 分析仪方可投入运行。 3.启动探头冷却水系统，其具体操作步骤见上文相关部分。 4.打开压缩空气手动阀，检查压缩空气过滤单元压力表指示是否大于 0.3MPa. 5.按压现 场控制箱上的“探头插入”按钮，手动插入探头。再按压“吹扫”键，手动吹扫探头管和探 头过滤器 FE1. 6.如上述步骤都已到位，各项参数都已符合要求，则分析仪面板上的“探头/ 冷却水”“探头/吹扫”故障指示灯就会熄灭，此时将分析仪面板上的转换开关切换到“自 ， 动”位，PLC 程序自动执行一次吹扫后， “测量”灯就会亮，系统进入自动采样分析状态。 应注意的是，当窑在运行，分析系统忽然掉电时，虽然紧急冷却水会对探头进行冷却， 但冷却时间有限，此时应去现场用机械方式手动退出探头，以保护采样探头管；另外，探头 冷却水和吹扫气不要切断，除非有较长时间的停窑；当窑重新投入运行时，首先要检查冷却 水系统和吹扫系统是否正常，然后重复操作上述步骤 5 和 6.