行业背景

钢铁厂和发电厂之间的煤气与电力互供合作，是跨行业能源协同利用的典型范例。钢铁生产过程中会产生大量副产煤气，包括高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气等，这些煤气富含较高热值，是优质的能源资源。与此同时，发电厂需要稳定的燃料供应以维持电力生产。钢铁行业作为能源消耗大户，用电成本在其生产成本中占据较高比例。通过这种合作模式，钢铁厂将副产煤气输送至发电厂用于发电，发电厂则将电能回输给钢铁厂，从而实现能源的高效利用，同时显著减少温室气体排放，推动绿色低碳发展。

这种协同合作模式的历史可追溯至20世纪末期。当时，一些大型钢铁企业开始探索利用自身产生的副产煤气进行自发电。例如，马钢自1993年起着手建设热电厂，并逐步推进“以气代煤、以气代电”的技术改造。进入21世纪尤其是2010年之后，越来越多的钢铁企业与发电厂展开深度合作。马钢率先提出与周边火电厂联合建设大型发电机组，将煤气输送至发电厂，同时从发电厂获取热力与电力支持。十数年来，这种协同合作模式凭借其显著的经济效益与环境效益，已在钢铁冶金与发电行业中广泛普及，成为推动跨行业能源协同利用与可持续发展的重要力量。

成分与热值同测的需求

精确监测煤气成分与热值，是钢铁厂和发电厂双方能源结算的重要依据，也是实现能源可持续发展、降本增效和节能减排的重要抓手。双方的重点需求主要体现在三个方面：

• 一是需要对煤气热值进行精确测量，能够提供准确计量结算数据；

• 二是需要快速测量且可溯源，以便为工艺调节提供及时、可靠的指导，保障生产稳定性；

• 三是需要对多组分同时分析，以实时掌握煤气复杂成分的变化，在恶劣工况下为精准调控提供数据支持。

多个监测痛点亟待解决

尽管煤气成分与热值监测的重要性已被广泛认可，但在实际操作中仍存在一些痛点：

• 测量方法的局限性：目前煤气热值测量主要有直接法和间接法。直接法（燃烧法）虽然简单，但只能监测热值，无法同时了解到各组分浓度数值，且受环境因素影响较大；间接法（成分分析法）可以精确测量煤气中各组分的含量，但仪器往往技术要求高且成本较高。

• 实时性不足：部分监测设备无法实时反映煤气热值的变化，导致数据滞后，无法及时调整生产参数。

• 复杂工况下的准确性问题：钢铁厂和发电厂的生产环境复杂，煤气成分可能因工艺变化而波动，导致监测设备的准确性下降。

• 设备维护成本高：一些高精度的热值分析仪器需要定期校准和维护，增加了使用成本。

间接法成为主流，自主拉曼分析方案跃升为最优解

间接法（成分分析法）是通过分析样品中各组分的含量来确定其热值，由于它是基于样品的实际组成来进行计算，所以能够提供更准确的测量结果。目前常用的气体成分分析技术主要包括在线质谱法、气相色谱法、红外光谱法和激光拉曼光谱法等，它们各有千秋。

其中，激光拉曼光谱分析技术显示出独特的优势，尤其适合于钢铁冶金领域的工业过程监测。其最大的特点是多组分测量精确度高和灵敏度高，能够精确区分和识别复杂的气体组分，并提供精确的体积浓度信息，帮助分析复杂样品。该技术无需样品预处理，能够直接对气体样品进行分析，从而简化了分析流程。同时，激光拉曼具备快速响应能力，适合在线实时监测，且在分析过程中不会改变样品性质，实现非破坏性监测。此外，激光拉曼能够更好地适应高温、高压、高湿和高粉尘等恶劣环境，且无需使用载气、色谱柱等耗材，从而降低了运行成本。

常见气体成分分析技术对比

由四方仪器自主研发生产的激光拉曼光谱气体分析系列产品，具有秒级响应速度、测量浓度范围广、准确度高等特点，特别适用于目标气体种类已知的多组分气体长期快速在线的浓度检测，且能有效避免水的影响。不仅能在线实时定性及定量检测包括H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等在内的近20种气体浓度，还能同时计算显示气体热值。

四方仪器是国内首家通过自研自产向市场推出激光拉曼气体分析仪器的厂商。早在2012年，四方仪器研发的LRGA-6000就已经牵头承担了国家重大科学仪器设备开发专项“激光拉曼光谱气体分析仪器的研发与应用”项目，针对激光拉曼光谱法的特征信号较弱等业界难题，四方仪器钻研该分析技术十余年，最终攻克了测量精度受外部因素影响等难题，成功开发出具有自主知识产权的商业化产品。该分析系统获得十余项发明专利，并被授予“2021年度中国石油与化工自动化行业科技进步一等奖”、“2021年度中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）二等奖”等多项荣誉。

在此之后，四方仪器陆续推出了同系列的LRGA-3100、LRGA-3200、LRGA-3200EX，作为钢铁冶金、煤化工、天然气开采集输、新能源电池等众多行业的气体组分浓度与热值监测配套应用产品。针对实验室环境，四方仪器推出了小型化的在线监测仪器，其设计精巧、操作简便，能够满足科研人员对精确数据的追求。而在工业现场，四方仪器则提供了更为坚固耐用的原位监测系统，该系统采用防爆设计，能够在恶劣的工业环境中稳定运行，确保监测数据的准确性和实时性。此外，四方仪器还考虑到了用户对复杂组分气体监测的需求，推出了包含预处理单元的分析系统，以适应更为复杂的监测任务。其整体的设计理念是为用户提供定制化的监测方案，确保每一位用户都能得到满足其特定需求的产品和服务。

实际应用案例

贵州某大型企业日常运营的关键环节之一，是将自产焦炉煤气高效输送至电力公司用于发电。双方依据煤气燃烧热值、流量及单价的乘积进行费用结算。然而，此前双方在热值测量上存在分歧：电力公司使用红外便携式分析仪测得热值约3400kcal/m³，而用户公司实验室采用奥氏气体分析仪的结果则接近3800kcal/m³。

贵州煤气热值分析项目现场

为彻底解决热值争议、确保交易公平，并提升能源管理效率，用户决定在其煤气输送加压站管路上部署我司先进的激光拉曼光谱气体分析系统。该系统的核心价值在于：

1、精准实时监测：系统可24小时在线、快速、精确地测量焦炉煤气中各类关键组分的体积浓度及热值。其测量范围覆盖C1（甲烷）至C5+（含碳数≥5的烃类）的碳氢化合物，以及CO₂、N₂等重要的非烃组分。

2、提高经济效益：系统将实时监测并分析煤气的燃烧热值，根据激光拉曼的实测热值数据可以看出，其测量值基本与实验室数据保持一致（3890 kcal/㎥），较之前测定的3400kcal/㎥提高了12%。该热值监测数据为用户提供准确的结算参考依据，可以有效提高客户的经济效益。

3、提升运维效率：集成的预处理、控制与分析单元，配合自动采样、排水及校准功能，大幅降低了人工干预和维护复杂度，提高了系统的稳定性与可靠性。

4、适应工业环境：设备采用高防爆等级和防腐材质设计，确保在加压站等复杂恶劣环境下长期稳定运行。

5、支持可持续发展：精确的组分分析不仅优化了生产流程（基于实时数据调整工艺、提高效率、降低成本），也为监控污染物排放、满足环保法规要求提供了可靠数据支撑。

四方仪器LRGA-6000设备运行现场

通过部署该激光拉曼光谱气体分析系统，用户企业成功消除了结算分歧，提升结算收益；基于精准的实时热值与组分数据，优化了煤气生产、输送和销售全流程的能源管理效率，有效降低了运营成本；同时，系统提供的可靠数据不仅保障了合理收益、实现了直接创收，也为满足环保合规要求、推动资源高效利用和企业的绿色可持续发展奠定了坚实基础。

结语

在国家大力提倡跨行业能源协同利用的今天，四方仪器以其卓越的激光拉曼光谱气体分析技术成为了这一变革的先锋。随着该技术的持续成熟与应用领域的不断拓展，它在钢铁冶金行业的安全生产、环境保护和经济效益提升方面正展现出愈发重要的价值。通过精准分析气体成分与监测热值，四方仪器的技术不仅突破了行业用能的固有壁垒，更为能源协同利用的高质量发展注入了强大动力，助力企业实现可持续发展目标，为行业高效发展提供坚实支撑。