近年來，我國年鋼鐵產(chǎn)量已突破10億噸，占世界總產(chǎn)量50%以上，成為全球鋼鐵生產(chǎn)大國。然而，從“鋼鐵大國"邁向“鋼鐵強(qiáng)國"，仍需推動(dòng)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備升級(jí)。加熱爐作為鋼鐵軋鋼生產(chǎn)的核心熱工設(shè)備，其燃燒控制的優(yōu)化正是這一升級(jí)進(jìn)程中的重要環(huán)節(jié)。在此背景下，武鋼集團(tuán)熱軋廠引入激光拉曼光譜氣體分析技術(shù)，對(duì)加熱爐煤氣熱值進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，顯著提升了空燃比的控制精度，在提質(zhì)、節(jié)能、降耗等方面實(shí)現(xiàn)了多重突破。

一、核心工藝：加熱爐燃燒控制為何離不開精準(zhǔn)熱值監(jiān)測(cè)？

加熱爐的核心任務(wù)是將鋼坯均勻加熱至軋制所需的溫度。燃燒控制作為其自動(dòng)控制體系的核心，關(guān)鍵在于精準(zhǔn)把控空燃比（空氣與煤氣的比例），而煤氣熱值正是決定空燃比設(shè)定的核心依據(jù)。同時(shí)，武鋼等鋼鐵企業(yè)使用的燃料多為高焦混合煤氣，其成分復(fù)雜且熱值波動(dòng)頻繁。因此，為加熱爐燃燒控制系統(tǒng)配備在線煤氣熱值監(jiān)測(cè)設(shè)備，提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的熱值數(shù)據(jù)，對(duì)于提升空燃比的準(zhǔn)確性，保障鋼坯加熱質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能減排具有非常重要的意義。

二、項(xiàng)目需求：長(zhǎng)周期運(yùn)行下的煤氣熱值監(jiān)測(cè)能力優(yōu)化升級(jí)

武鋼集團(tuán)熱軋廠是國內(nèi)大型軋鋼生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)鋼坯達(dá)千萬噸。作為鋼鐵生產(chǎn)流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有7座加熱爐，以高焦混合煤氣為主要燃料。煤氣熱值作為燃燒控制的核心參數(shù)，其監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性直接決定了燃燒效率與生產(chǎn)效能的提升空間。然而，隨著運(yùn)行周期的不斷累積，早期投入的紅外熱值監(jiān)測(cè)設(shè)備及11 年前配套建造的防爆預(yù)處理單元，因長(zhǎng)期運(yùn)行已出現(xiàn)性能自然衰減和部件老化現(xiàn)象，這在客觀上已無法滿足其對(duì)煤氣熱值監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性與響應(yīng)速度的需求，預(yù)處理環(huán)節(jié)的效能也難以應(yīng)對(duì)日趨復(fù)雜的煤氣組分。因此，現(xiàn)場(chǎng)加熱爐工段的監(jiān)測(cè)配套體系面臨著一場(chǎng)系統(tǒng)性的升級(jí)。

著眼于產(chǎn)線的長(zhǎng)周期高效運(yùn)行，項(xiàng)目規(guī)劃為加熱爐引入一套能適配復(fù)雜工況、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的熱值監(jiān)測(cè)解決方案，通過精準(zhǔn)調(diào)控空燃比，最終達(dá)到提升鋼坯加熱質(zhì)量、減少鋼坯氧化燒損的目標(biāo)，保障加熱爐持續(xù)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

三、解決方案：基于激光拉曼光譜技術(shù)的加熱爐煤氣熱值在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

針對(duì)武鋼軋鋼廠加熱爐煤氣監(jiān)測(cè)中存在的氣體組分復(fù)雜、防爆要求高、預(yù)處理難度大等現(xiàn)實(shí)痛點(diǎn)，項(xiàng)目最終選用激光拉曼光譜氣體分析儀（防爆型）LRGA-6000作為核心監(jiān)測(cè)設(shè)備，構(gòu)建了一套加熱爐煤氣熱值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

激光拉曼光譜氣體分析儀（防爆型）LRGA-6000

1、核心技術(shù)原理

該分析技術(shù)基于激光拉曼散射原理，通過對(duì)待測(cè)氣體的特征拉曼散射光譜進(jìn)行增強(qiáng)、收集、處理和識(shí)別，并對(duì)氣體含量進(jìn)行定量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)多組分氣體濃度及熱值的全量程在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)契合鋼鐵行業(yè)加熱爐煤氣的復(fù)雜監(jiān)測(cè)需求。

2、核心優(yōu)勢(shì)分析

相較于傳統(tǒng)紅外熱值儀，作為該項(xiàng)目核心監(jiān)測(cè)設(shè)備，激光拉曼光譜氣體分析儀在測(cè)量精度、抗干擾能力、運(yùn)維成本等方面實(shí)現(xiàn)了全面的技術(shù)突破，其核心優(yōu)勢(shì)如下：

以上技術(shù)優(yōu)勢(shì)確保了設(shè)備在高溫、高粉塵、組分復(fù)雜的鋼鐵廠工況下仍能保持優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3、三大功能單元協(xié)同，保障現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行

該設(shè)備系統(tǒng)主要由預(yù)處理單元、控制單元、分析單元三部分組成，專為中低粉塵工作環(huán)境設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用PLC程序控制，可以自動(dòng)完成3個(gè)采樣通道之間的切換，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人值守操作，極大降低了手動(dòng)負(fù)載，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)武鋼軋鋼廠加熱爐煤氣熱值的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。三大功能單元協(xié)同作用如下：

（1）多級(jí)預(yù)處理裝置，保障樣氣純凈與系統(tǒng)穩(wěn)定；

（2）智能控制單元，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視；

（3）全組分分析單元，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)多組分及煤氣熱值。

主要測(cè)量組分及量程：

四、經(jīng)濟(jì)效益：從熱值精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)到提質(zhì)降耗的多重突破

此次激光拉曼光譜氣體分析技術(shù)在武鋼軋鋼廠加熱爐的成功部署應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了氣體組分濃度及熱值的精準(zhǔn)在線監(jiān)測(cè)，其核心價(jià)值體現(xiàn)在：

1. 精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，為生產(chǎn)提質(zhì)增效

系統(tǒng)依托激光拉曼氣體特征指紋技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取高精度、全組分的煤氣熱值數(shù)據(jù)，為空燃比的精準(zhǔn)測(cè)算提供實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)支撐?；诰珳?zhǔn)的空燃比調(diào)控，可有效提升燃料燃燒效率，降低加熱爐的停爐時(shí)間與頻次，顯著提高加熱爐作業(yè)率。該方案從源頭解決了原有設(shè)備監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)、數(shù)據(jù)缺失等痛點(diǎn)，保障了燃燒控制的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，進(jìn)一步確保鋼坯加熱質(zhì)量，規(guī)避因加熱不均、氧化燒損等問題導(dǎo)致的產(chǎn)品不合格風(fēng)險(xiǎn)，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的提質(zhì)增效。

2. 降耗減排，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙贏

在提升生產(chǎn)效能的基礎(chǔ)上，燃燒效率的優(yōu)化直接帶來燃料消耗的降低與能源成本的控制，為鋼廠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，燃燒充分性的提升有效減少排煙量及熱損失，降低加熱環(huán)節(jié)的碳排放與污染物生成，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)加熱環(huán)節(jié)的節(jié)能減排，精準(zhǔn)契合鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的需求。該方案以精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)降耗減排，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的雙贏。

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)

五、結(jié)語

鋼鐵行業(yè)的數(shù)字化、綠色化轉(zhuǎn)型，離不開核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新與裝備升級(jí)。此次激光拉曼熱值分析儀在武鋼熱軋廠的應(yīng)用，正是這一趨勢(shì)的生動(dòng)實(shí)踐。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及武漢鋼鐵研究院專家嚴(yán)格評(píng)估，設(shè)備監(jiān)測(cè)精度與運(yùn)行穩(wěn)定性獲得高度認(rèn)可，后續(xù)將優(yōu)先推廣至武鋼其余6條加熱爐產(chǎn)線。該項(xiàng)目的落地，是激光拉曼技術(shù)與鋼鐵生產(chǎn)需求深度融合的成果，彰顯了氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備在鋼鐵行業(yè)節(jié)能、提質(zhì)、降耗中的核心價(jià)值。