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煤氣天然氣生物質氣等氣體熱值分析儀原理及分析儀器選型

更新時間:2023-01-04   點擊次數:2147次
一、熱值分析行(xing)業應用背景:

熱(re)值又稱(cheng)發熱(re)量,是指單(dan)位質量(指固體(ti)或液體(ti))或單(dan)位體(ti)積(指氣體(ti))的燃(ran)(ran)料全燃(ran)(ran)燒,燃(ran)(ran)燒產物冷(leng)卻到燃(ran)(ran)燒前的溫度(一(yi)般為環境(jing)溫度)時所釋放出來的熱(re)量,是表(biao)示(shi)燃(ran)(ran)料質量的一(yi)種重要指標。


燃氣主要用于燃燒加熱,因此燃氣熱值是燃氣工程中要的參數。在燃氣生產、供應及應用過程中,都需要經常測燃氣熱值。如天然氣行業、鋼鐵和冶金行業各式窯爐產生的焦爐煤氣、高爐煤氣,煤化工行業的水煤氣和半水煤氣,發酵釀造相關行業產生的沼氣、生物質發酵副產氣等。
天然氣是烴類和少量非烴類混合氣體的總稱,氣源不同,天然氣組分和熱值各有差異,即便是相同體積的天然氣,其燃燒所產生的能量也各不相同。


依據GB/T 22723-2008《天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)能量(liang)(liang)的(de)測定》我國天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)的(de)計(ji)(ji)(ji)量(liang)(liang)方式開(kai)始由(you)體積計(ji)(ji)(ji)量(liang)(liang)向能量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)量(liang)(liang)轉變,天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)能量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)量(liang)(liang)與(yu)(yu)計(ji)(ji)(ji)價已成為(wei)國際(ji)上(shang)流行的(de)天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)貿易計(ji)(ji)(ji)量(liang)(liang)與(yu)(yu)結算方式。那(nei)么天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)的(de)熱(re)(re)值準確分析,就顯得(de)尤為(wei)重要,可(ke)有效避(bi)免因氣(qi)(qi)源(yuan)不同(tong)引起的(de)熱(re)(re)值偏差。


煤氣是鋼鐵及冶金行業生產過程中的主要能源之一, 焦爐煤氣,是煉焦用煤煉焦爐中經過高溫干餾后,所產生的一種可燃性氣體。高爐煤氣是高爐煉鐵生產過程中副產的可燃氣體。兩種煤氣可燃組份都是以H2、CO、CH4、CnHm等為主,只不過濃度含量各有差異。
鋼鐵行業,各式窯爐會用煤氣來加熱鋼件或預熱鋼包,窯爐內要達到預期的溫度,與煤氣熱值的穩定度有很大關系。所以及時準確地測量煤氣熱值,對于合理生產和有效利用煤氣有著重要的意義。


不管是天然氣還是煤氣,這些可(ke)燃(ran)氣熱值(zhi)的準(zhun)確測量(liang),對(dui)生產工(gong)藝過程、燃(ran)氣貿易結算,都有著重要(yao)的指導意義。

二、氣體熱值(zhi)分(fen)析方法(fa):

目前可燃氣(qi)(qi)熱值(zhi)分(fen)(fen)析方(fang)法(fa)分(fen)(fen)為直(zhi)(zhi)接(jie)法(fa)和(he)間接(jie)法(fa)兩(liang)大類,直(zhi)(zhi)接(jie)法(fa)是(shi)直(zhi)(zhi)接(jie)通過燃燒(shao)可燃氣(qi)(qi)的方(fang)式進行熱值(zhi)測(ce)量,間接(jie)法(fa)又稱成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析法(fa),是(shi)通過氣(qi)(qi)體分(fen)(fen)析儀器檢測(ce)可燃氣(qi)(qi)各個組(zu)分(fen)(fen)的精(jing)確(que)濃度含(han)量并(bing)以此計算(suan)出熱值(zhi)。


2.1直接分析儀器:
水流式熱量計:國內較為常見的一種直接法燃氣熱值測量設備,其原理基于傳統的燃燒法,用連續水流吸收燃氣全燃燒時產生的熱量,根據達到穩定時的經過熱量計的水量和水流溫升計算出燃氣的測試熱值,再將測試過程中各種必須考慮的修正值換算至標準狀況下的燃氣熱值。如此測得的燃氣熱值稱為高位熱值,也稱為總熱值或毛熱值。高位熱值減去其中冷凝水量的氣化熱值即該燃氣的低位熱值。


這種水流(liu)式熱量計操作復(fu)雜,測量環(huan)境(jing)條件要(yao)求高,測量過程長,受(shou)人為因素影響較大,不能在線自(zi)動檢測,無法滿足熱值實時分析要(yao)求。

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燃燒式熱值儀:其原理是應用熱平衡原理測量凈熱值的,也屬于直接法的一種。其原理是燃氣與空氣混合后進行燃燒,當燃燒溫度隨著燃氣的質量變化時,相應地調節冷空氣的量加進來,冷空氣的量與測量值成正比關系,由此可計算出凈熱值。
燃燒式熱值儀自動化程度高,但被測樣氣條件對測試結果影響較大,如樣氣壓力、流量、水分、粉塵等雜質,檢測結果存在一定滯后性,熱值波動較大時燃燒控制不能及時提前響應控制。缺乏有效排放方式,燃燒后產生的廢氣充斥在整個分析室沒有有效排放,影響分析時熱平衡,會導致測量產生誤差。
總的來說,燃燒法熱值儀可以實現對煤氣熱值的連續自動分析,但使用維護要求較高


2.2成分(fen)分(fen)析法:


氣相色譜儀:氣相色譜儀是利用色譜柱先將混合氣體分離,然后依次導入檢測器,計算出各燃氣組分含量,然后再計算出熱值。由于氣相色譜儀是以分離為基礎的分析技術,所以它往往多用于實驗室,需要高純H2作為載氣,且對操作儀器的人員要求較高。此外,氣相色譜儀雖然分析精度高,但取樣誤差大。



奧式氣體分析儀:其原理是利用氣體中各組分能被具有不同吸收能力的試劑,按順序加以吸收,不被吸收的剩余氣體組分,則加入部分空氣,使其爆炸,然后根據吸收和爆炸前后體積變化及生成物的體積量計算混合氣體各組分含量。最后作各組分的含量計算。



這種氣體分析裝置,測定值比較準確,可以滿足工業生產和控制要求,而且結構簡單,操作方便。缺點是雖然購置成本低,但運行成本高,如化驗人員的人工成本、檢測器皿試劑成本。檢測結果和化驗人員的操作技能熟練度有很大關系。相比其他其它分析儀,奧式氣體分析儀,分析費時操作繁瑣響應速度慢,效率低,無法實時分析。


紅(hong)外線(xian)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)分析儀:是利用基(ji)于朗伯(bo)一比爾定律(lv)的(de)紅(hong)外線(xian)分析原理(li),來檢測可(ke)(ke)燃氣(qi)(qi)(qi)中的(de)CO\CH4等氣(qi)(qi)(qi)體(ti)濃度含(han)量,,將每(mei)種可(ke)(ke)燃氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)單位發(fa)熱值(zhi)乘以相應組分的(de)體(ti)積分數(shu),各氣(qi)(qi)(qi)體(ti)之和(he)即為混合氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)熱值(zhi)。

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8-1.png紅外線氣體分析儀在在被測氣體特征波長3.3um左右有吸收干擾,如在天然氣中其他碳氫化合物含量較大時,甲烷的測定值會偏大。

相比(bi)其他分(fen)析方法,紅外(wai)線(xian)氣體分(fen)析儀安裝后自(zi)動(dong)化(hua)分(fen)析檢測,沒有人工操作(zuo)流程(cheng)避免(mian)人工操作(zuo)帶來的誤(wu)差,是使用簡(jian)單的一種。也能夠實時在線(xian)監測數據遠傳,可以和各類DCS、PLC等進行聯動(dong)控制。