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電捕焦油器中煤氣氧含量分析取樣方式分析
一、電捕焦油器介紹
捕集煤氣中的焦油霧的設(shè)備有機捕焦油器和電捕焦油器,我國目主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。
電捕焦油器都是利用在高壓靜電的作用下產(chǎn)生正負(fù),使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時,由于受到電場的作用被捕集下來。電捕焦油器可設(shè)于焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機之或后。電捕焦油器與機械除焦油器相比，具有捕焦油效率高、阻力損失小、氣體處理量大等特點。不僅可保證后續(xù)工序?qū)怏w質(zhì)量的要求，提高產(chǎn)品回收率，而且可明顯改善操作環(huán)境。
電捕焦油器按其沉淀的結(jié)構(gòu)形式可分為管式、蜂窩式、同心圓式和板式等類型。無論哪種結(jié)構(gòu)，其工作原理，即在金屬導(dǎo)線與金屬管壁〔或板〕間施加高壓直流電，以維持足以使氣體產(chǎn)生電離的電場，使陰陽之間形成電暈區(qū)。
按電場理論，正離子吸附于帶負(fù)電的電暈，負(fù)離子吸附于帶正電的沉淀；所有被電離的正負(fù)離子均充滿電暈與沉淀之間的整個空間。當(dāng)含焦油霧滴等雜質(zhì)的煤氣通過該電場時，吸附了負(fù)離子和電子的雜質(zhì)在電場庫倫力的作用下，移動到沉淀后釋放出所帶電荷，并吸附于沉淀上，從而達(dá)到凈化氣體的目的，通常稱為荷電現(xiàn)象。當(dāng)吸附于沉淀上的雜質(zhì)量增加到大于其附著力時，會自動向下流趟，從電捕焦油器底部排出，凈氣體則從電捕焦油器上部離開并進(jìn)入下道工序。
二、電捕焦油器氧含量監(jiān)測的必要性
在通常情況下氣體是不導(dǎo)電的，但在高壓電場的作用下氣體內(nèi)部的電子便會獲得足夠的能量成為自由電子而導(dǎo)電，被稱為自發(fā)性電離現(xiàn)象。氣體的自發(fā)性電離是建立在非均勻性電場中。在均勻性電場中，隨著電壓的增加，只要其間任何一點發(fā)生電離，兩間將立即充滿帶電離子，整個空間的氣體被擊穿。此時電流急劇增加而形成火花放電，類似雷電形成過程。
由于煤氣為易燃易爆氣體,電捕焦油器必須保證安全操作。電捕焦油器由于電間有電暈,可能發(fā)生火花放電現(xiàn)象。如果煤氣中混有氧氣,當(dāng)煤氣與氧氣的混合比例達(dá)到爆炸就會發(fā)生爆炸。煤氣中的氧氣主要來源于制造過程中設(shè)備及管道密封不嚴(yán)泄漏進(jìn)入的空氣,或來自燃料氣化用氣化劑過�；蚨搪贰Ｈ斯っ簹庠谏a(chǎn)過程中,有時會有一定量的空氣進(jìn)入煤氣中,為保證混入的空氣與煤氣混合后不達(dá)到爆炸限,就應(yīng)控制煤氣中的氧氣含量。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》(GB 50028-2006)規(guī)定,當(dāng)干餾煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)大于1%時,電捕焦油器應(yīng)發(fā)出報警信號,當(dāng)氧體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2%時,應(yīng)有能立即切斷電源的措施。《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程 GB6222-2005》中也詳細(xì)規(guī)定了煤氣氧含量達(dá)到1%，電捕焦油器必須能夠及時切斷電源。
三、煤氣中的氧含量與爆炸限的關(guān)系
不同煤氣的爆炸限各不相同,各種人工煤氣的爆炸限見表1。
表1各種人工煤氣的爆炸限%
| 名稱 | 空氣中煤氣爆炸限 （體積分?jǐn)?shù)） | 煤氣中空氣體積分?jǐn)?shù) | 煤氣中氧氣體積分?jǐn)?shù) | |||
| 上限 | 下限 | 爆炸上 | 爆炸下 | 爆炸上 | 爆炸下 | |
| 焦?fàn)t煤氣 | 35.8 | 4.5 | 64.2 | 95.5 | 13.5 | 20.1 |
| 直立爐煤氣 | 40.9 | 4.9 | 59.1 | 95.1 | 12.4 | 20.0 |
| 發(fā)生爐煤氣 | 67.5 | 21.5 | 32.5 | 78.5 | 6.8 | 16.5 |
| 水煤氣 | 70.4 | 6.2 | 29.6 | 93.8 | 6.2 | 19.7 |
| 油制氣 | 42.9 | 4.7 | 57.1 | 95.3 | 12.0 | 20.0 |
從表1可見,對于焦?fàn)t煤氣、直立爐煤氣、油制氣,當(dāng)達(dá)到煤氣的爆炸上限,煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)為12%~13.5%(即煤氣中空氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)60%左右)時才能形成爆炸性氣體。對于發(fā)生爐煤氣及水煤氣,當(dāng)煤氣中空氣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%左右,即煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)達(dá)到6%以上時才能達(dá)到爆炸限。
四、電捕焦氧含量的測量方法
按照測量原理分類，目常用的在線測量氧氣的原理主要有以下幾種：
激光氧含量測量原理、電化學(xué)氧含量測量原理、順磁氧含量測量原理、氧化鋯氧含量測量原理。
由于氧化鋯測量原理對樣品氣的溫度有要求，故一般不會在電捕焦的工況下使用。
而根據(jù)取樣方式來分類主要分為原位測量和抽取式測量。
原位式測量方式目只能夠采用激光的原理，一般采用雙法蘭對射式結(jié)構(gòu)設(shè)計，即在被測工藝管道一側(cè)安裝激光發(fā)射單元，另一側(cè)安裝接收傳感單元，為保證發(fā)射單元和接收單元光路對接，需要嚴(yán)格保證設(shè)備安裝的同軸度并進(jìn)行復(fù)雜的光路調(diào)節(jié)工作。
抽取式測量方式一般先通過取樣探頭將樣氣抽取到工藝管道的外部，然后由管線將樣氣輸送到氣體凈化單元處理后，后進(jìn)入分析儀表測量。
| 項目 | 原位式 | 抽取式 |
| 安裝難度 | 原位式安裝管道需對射開孔，安裝時需要對光，管道直徑過大時安裝難度較大，必須業(yè)的安裝人員才能操作。 | 抽取式安裝管道開孔少，但需要鋪設(shè)取樣管道，現(xiàn)場安裝需要的人員較多。 |
| 維護量 | 原位測量無需復(fù)雜的采樣系統(tǒng)，人工維護大減少。但無法現(xiàn)場標(biāo)定驗證。 | 抽取式需要定期對水洗管，過濾器等進(jìn)行更換維護。 |
| 響應(yīng)時間 | 原位式測量由于傳感器直接安裝在被測管道上，測量的響應(yīng)時間很短，正常在1s以內(nèi)就能得出測量結(jié)果，實現(xiàn)真正意義的實時測量。 | 抽取式測量由于需要將樣品氣從管道抽取出后并進(jìn)行除焦油，除塵，干燥等預(yù)處理，一般系統(tǒng)的響應(yīng)時間在30s左右。 |
| 配套工程 | 原位式為了保護儀器光學(xué)視窗不受污染，當(dāng)普遍使用壓縮氮氣作為吹掃氣持續(xù)通入儀器光路中，一臺儀器氮氣用量一般在40～80L/min,消耗量十分巨大。 | 抽取式一般采用正壓防爆機柜，水洗罐，需提供壓縮空氣及潔凈水源，消耗費用低于原位式。 |
| 適應(yīng)工況 | 當(dāng)對管道中含有大量粉塵的樣氣進(jìn)行測量時，由于粉塵對激光信號的遮擋，激光信號強度將受到嚴(yán)重影響，甚至造成接收單元無法接收到激光信號的情況，導(dǎo)致測量失敗。故原位式只能適應(yīng)較潔凈的工況條件，不適合高焦油，高粉塵的焦?fàn)t煤氣工況，只能安裝在電捕之后。 | 抽取式由于經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)，可適應(yīng)絕大多數(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的要求。 |
| 準(zhǔn)確度 | 原位式安裝實際測量光程受煙道直徑限制，管道的振動也會影響測量穩(wěn)定性，實際工況中誤差較大。 | 抽取式準(zhǔn)確度跟分析儀表的原理相關(guān)，在同樣是激光原理的條件下，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都會優(yōu)于原位安裝方式。 |
六、天禹智控原位式氣體分析儀與抽取式分析系統(tǒng)案例
原創(chuàng)作者：武漢天禹智控科技有限公司
