LGA300 激光气体热值分析系统在混合煤气管网中的应用
LGA300 激光气体热值分析系统在混合煤气管网中的应用
文/陈宏伟
燃气热值是燃气最主要的质量指标，热值准确检测对燃气科
学配比和有效利用具有重要的意义。本文介绍了 LGA300 型激光气
体热值分析系统在混合煤气管网中的应用情况，以及基于实时热
【关键词】激光气体热值分析系统 燃气配比燃气热值
冶金企业产生大量的燃气副产品，主要有高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气，这些二次能
源的高效利用是企业降本增效的重要途径。燃气热值是燃气最主要的质量指标，热值准确检
测对燃气科学配比和有效利用具有重要的意义。
1 燃气热值分析系统选型在线气体热值分析系统依其工作原理可
分为直接测量法和间接测量法两种。直接测量法是通过完全燃烧定量气体，测量其发热量，
从而直接测量其热值，采用直接测量法原理的气体热值分析仪器的代表是联合仪器仪表公司
的 CWD2005 型热值分析系统。间接测量法的原理是测量出混合煤气中的 CO、CH4、H2等
可燃成分的体积百分比，再通过热值计算模型计算出混合煤气的热值，采用间接测量法原理
的代表为聚光科技有限公司的 LGA300 型激光气体热值分析系统和广州拉曼 RLGA 激光气
体分析系统。激光气体热值分析系统相较于燃烧热值分析系统优势比较明显，主要表现为：
（1）与采用直接燃烧法的热值分析系统不同，激光气体热值分析系统是通过对燃气成分进行
在线分析，转化获得混合气体的热值信息，因此系统测量结果真实反应了燃气的有效热值信
息，同时还具有测量响应速度快、可靠性好等优势。（2） 燃气组分和热值同时检测，工艺
参考价值高。激光气体热值分析系统通过对气体成分分析获得燃气的热值信息，在准确测量
热值参数的同时，还为工艺控制提供了定量的
气体组分信息，客户无需重复购买气体分析产品，提高系统性价比。（3） 测量实时性、连
续性好。系统采用激光光谱等分析技术对气体进行在线分析，测量响应速度比传统方法快，
利于工艺监控和优化，同时系统无需点火燃烧，完全避免了直接燃烧法热值仪存在熄火影
响连续测量的问题，确保了系统长期可靠连续工作。（4）系统可靠性高、运行维护费用低。
由于激光气体热值分析对煤气样品洁净度等要求低，能较好适应各类恶劣工况，因此预处理
系统结构简单、无风机、燃烧室等易损或运动部件，系统可靠性高，运行维护成本低。（5）
系统选配防爆探头，预处理和分析部件无热源，安全系数高。激光气体热值分析系统针对各类
煤气应用场合，可选配各类防爆加热探头，同时系统内无燃烧、点火等过程，彻底避免了因
燃烧原理带来的燃烧煤气的安全隐患，大大提高了系统的安全系数。
经过综合比较论证，决定选用聚光科技有限公司的 LGA300 型激光气体热值分析系统。
2 LGA300型激光气体热值分析系统原理及构成
2.1 LGA300型激光气体热值分析系统原理LGA-C300 型热值分析系统是基于半导体
激光吸收光谱等先进气体分析技术，采用间接测量的方法，通过对混合煤气中的各种燃气成
分（如 CO、CH4 、H2等）进行连续、快速、准确地测量，将燃气成分转化为有效热值，用
来实现混合煤气等领域的燃气热值分析测量。可燃气体的热值决定于其化学成分，如
能准确测定各组分的浓度，则可由各组分的热值，通过公式准确计算得出该混合气体的热值。
例如其低位热值可以用下式计算：式中：R 为混合气体的低位热值，kJ/m3;
Ri 为第 i 种气体组分的低位热值，kJ/m3;Gi 为第 i 种气体组分的体积浓度（体积百分比）。
当然这只是基本的原理性公式，热值仪系统内置的热值计算公式要复杂的多，至少包
括温度、压力补偿等修正算法。
2.2 LGA300型激光气体热值分析系统构成LGA300 型激光气体热值分析系统主要由
预处理单元、气体分析单元、中央处理单元构成。（1）预处理单元。预处理单元由采样探
头和样气预处理以及取样管路吹扫三部分组
成。采样探头安装在工艺管道上，负责采集管道内混合气体样气，并输送到样气预处理部分。
采样探头配置两套，一套反吹清理时，由另一套采样，两套轮流进行，保持采样的连续性。
样气预处理部分与气体分析单元及中央处理单元集成于机柜内。样气经过采样探头过滤后，
通过取样管线到达柜内预处理单元，在预处理单元依次通过气水分离器、精密过滤器、取样
电磁阀、取样泵、三通电磁阀后进入除水单元，经过除尘除水后的干净样气通过五通球阀后再
经流量计控制流量进入气体分析单元进行动态实时测量，测量后尾气通过排气口排出。反吹
单元采用脉冲反吹形式，定时对采样探头的过滤器进行反吹清理，将过滤器上吸附的粉尘反向吹回管道，
使取样部件进入最佳工作状态。（2）气体分析单元。气体分析单元包括三个
模块：CO 分析模块、CH4分析模块、H2分析模块，这三个模块采用模块化结构，安装于机
柜中。CO 分析模块和 CH4分析模块采用激光光谱吸收原理进行浓度分析，H2分析模块采
用热导原理进行浓度分析。来自预处理单元的洁净样气分别进入这三个分析模块，并进行浓
度分析得出各组分的浓度信息。（3）中央处理单元。中央处理单元完成热值计算、对外数
据接口、本机操作参数显示等功能。中央处理单元依托内部预置的热值计算公式，对来自分
析单元的气体各组分浓度进行计算处理，得出混合煤气热值数据。对外数据接口以 4-20mA
标准信号或串行 RS232 通讯协议向 DCS、PLC 及其他工控系统提供各组分浓度和混合气体热值等参数。本机的各种信息和操作在处理
单元的人机界面上进行，可进行参数查询、参数整定、校准标定的操作。
3 燃气配比自动调节体系架构热值仪安装位置选定在近用户端的管道
上，其所测热值数据基本实时反映用户端的真实数据。热值仪输出的数据经用户端PLC采集，
上传到能源管控服务器，能源管控服务器依据燃气混合配比模型计算出高炉煤气和焦炉煤气
的配比参数，将配比参数传送到混合煤气加压站 PLC，混合煤气加压站 PLC 将配比参数与
管网压力控制参数进行处理产生配比调节阀开度信号，控制高炉煤气和焦炉煤气管道上的调
节阀以适当的开度，动态调节混合煤气管网的压力和混合煤气的热值。
4 结语
热值分析系统应用于冶金企业混合煤气管控中，能够有效提升冶金二次能源的利用效
率，降低能源消耗，减少污染排放，是必须的配置。综合考虑性价比和适用性指标，采用激
光气体热值分析系统具有较大的优势。
参考文献
[1] 朴文东 . 热值仪在煤气发生炉中的应用[J]. 冶金自动化 ,2006,(S1):427-428.
[2] 施仁 , 李琳 . 天然气热值的计量与控制[J]. 天然气工业 ,1997,17(4):71-73.
作者简介陈宏伟（1973-），男，高级工程师，主要从事冶金自动化仪器仪表方面的研究。
作者单位山东莱芜钢铁集团有限公司自动化部 山东省莱芜市 271104
