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煙氣分析儀在提高燃燒效率中的應用
瀏覽： 發布日期：2011-06-09
摘 要
本文介紹了軋鋼加熱爐和燃煤鍋爐等加熱設備的燃燒產物及煙道氣中氧氣和一氧
化碳的含量對燃燒效率的影響,
關鍵詞
燃燒效率
煙氣
空燃比
Application of Analyzer for Flue Gas on Raising Combustion Efficiency
Abstract
The effect on combustion efficiency of the composition of the flue gas was
introduced in this paper. The principle and applications of the analyzer for flue gas on
raising combustion efficiency were described too.
Keywords
combustion efficiency
flue gas
ail/fuel ratio
1 前言
隨著人們環保和節能意識的逐漸提高,眾多大中型企業如鋼鐵冶金、石油化工、火力發
電廠等,已將提高燃燒效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保護環境等作為提高產品質
量和增強產品競爭能力的重要途徑。鋼鐵行業的軋鋼加熱爐、電力行業的鍋爐等燃燒裝置和
熱工設備,是各行業的能源消耗大戶。因此,如何測量和提高燃燒裝置的燃燒效率、確定最
佳燃燒點,是十分令人關心的。
2 確定最佳燃燒效率點
供給加熱爐、鍋爐等加熱設備的燃料燃燒熱并不是全部被利用了。以軋鋼加熱爐或鍋爐
為例,有效熱是為了使物料加熱或熔化(以及工藝過程的進行)所必須傳入的熱量。根據爐
子熱平衡可知,
η =1−[(Q1 + Q2 + Q3 + Q4)/Q]
式中,Q——供給爐子的熱量;
Q1——爐子煙氣(廢氣)中過剩空氣帶走的物理熱;
Q2——爐子煙氣(廢氣)中燃料不完全燃燒而生成的或未燃燒的 CO 氣帶走的物理熱;
Q3——爐子設備熱損失(包括爐體散熱、逸氣損失、冷卻水帶走、熱輻射等);
Q4——其他熱損失。
由上式可以看出,爐子煙氣帶走的物理熱是熱損失中主要部分。圖 1 顯示了熱效率和各
項熱損失隨著空燃比α的增減的變化規律。
當鼓風量過大時(即空燃比α偏大)
,雖然能使燃料充分燃燒,但煙氣中過剩空氣量偏大,
表現為煙氣中 O2 含量高,過剩空氣帶走的熱損失 Q1 值增大,導致熱效率η偏低。與此同時,
過量的氧氣會與燃料中的 S、煙氣中的 N2 反應生成 SO2、NOX 等有害物質。而對于軋鋼加熱
爐,煙氣中氧含量過高還會導致鋼坯氧化鐵皮增厚,增加氧化燒損。
當鼓風量偏低時(即空燃比α減小)
,表現為煙氣中 O2 含量低,CO 含量高,雖說排煙熱
損失小,但燃料沒有完全燃燒,熱損失 Q2 增大,熱效率η也將降低。另外,煙囪也會冒黑煙
而污染環境。
熱損失
圖1
熱效率與空燃比的關系
所謂提高燃燒效率,就是要適量的燃料與適量的空氣組成最佳比例進行燃燒。實驗研究
表明,圖 2 為煙氣中氧含量和 CO 含量與爐子能耗的關系。
圖2
煙氣中 O2 和 CO 含量與爐子能耗的關系
圖 2 中,
“過量空氣能耗”陰影面積表示富余的空氣形成的能耗(或熱損失)
,表征為煙
氣中 O2 含量。
“過量燃料能耗”陰影面積表示有未完全燃燒的燃料所引起的能耗,表征為煙
氣中 CO 含量。可以看出,若要降低這兩部分能耗(同時亦可提高產品質量)
,必須降低煙氣
中 O2 含量和 CO 含量,但煙氣中 O2 含量和 CO 含量是互相制約的兩個因素。若將上述兩個
陰影區疊加成另外一條曲線,即總效率熱損失曲線,其最小值即為最佳的燃燒控制點,此處
熱損失最小、熱效率最高,即煙氣中 O2 含量約為 1%。
由上文可知,熱效率與煙氣中的 CO、O2、CO2 含量以及排煙溫度、供熱負荷、霧化條
件等因素有關。因此,可通過測量并控制煙道氣體中 CO、O2、CO2 的含量來調節空氣消耗
系數λ,來達到最高燃燒效率。
燃燒效率控制由來已久,上世紀 60 年代,曾廣泛采用 CO2 分析儀監測煙道氣體中 CO2
含量來控制空氣消耗系數λ以達到最佳,但 CO2 含量受燃料品種影響較大。70 年代后,逐漸
采用煙氣中 O2 含量或 O2 含量和 CO 含量相結合的方法來控制燃燒效率。
提高燃燒效率最直接的方法就是使用煙氣分析儀器(如煙氣分析儀、燃燒效率測定儀、
氧化鋯氧含量檢測儀)連續監測煙道氣體成分,分析煙氣中 O2 含量和 CO 含量,調節助燃空
氣和燃料的流量,確定最佳的空氣消耗系數。
3 正確使用煙氣分析儀
無論采取何種方式控制燃燒效率,快速、準確的測量煙氣中 O2 含量和 CO 含量都是實現
最佳燃燒的前提條件。因此,這里介紹一些典型的煙氣分析儀器的工作原理及其使用方法。
3.1 煙氣分析儀(或燃燒效率測定儀)
煙氣分析儀是抽氣采樣爐窯煙道氣體并自動進行成分分析的儀表,分為在線監測式和便
攜式。一般可以測量分析煙氣中的 CO、O2、NOX、SO2 等氣體含量,以及煙氣溫度、壓力
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