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烟气分析仪在提高燃烧效率中的应用
摘 要
本文介绍了轧钢加热炉和燃煤锅炉等加热设备的燃烧产物及烟道气中氧气和一氧
化碳的含量对燃烧效率的影响,
关键词
燃烧效率
烟气
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
随着人们环保和节能意识的逐渐提高,众多大中型企业如钢铁冶金、石油化工、火力发
电厂等,已将提高燃烧效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保护环境等作为提高产品质
量和增强产品竞争能力的重要途径。钢铁行业的轧钢加热炉、电力行业的锅炉等燃烧装置和
热工设备,是各行业的能源消耗大户。因此,如何测量和提高燃烧装置的燃烧效率、确定最
佳燃烧点,是十分令人关心的。
2 确定最佳燃烧效率点
供给加热炉、锅炉等加热设备的燃料燃烧热并不是全部被利用了。以轧钢加热炉或锅炉
为例,有效热是为了使物料加热或熔化(以及工艺过程的进行)所必须传入的热量。根据炉
子热平衡可知,
η =1−[(Q1 + Q2 + Q3 + Q4)/Q]
式中,Q——供给炉子的热量;
Q1——炉子烟气(废气)中过剩空气带走的物理热;
Q2——炉子烟气(废气)中燃料不完全燃烧而生成的或未燃烧的 CO 气带走的物理热;
Q3——炉子设备热损失(包括炉体散热、逸气损失、冷却水带走、热辐射等);
Q4——其他热损失。
由上式可以看出,炉子烟气带走的物理热是热损失中主要部分。图 1 显示了热效率和各
项热损失随着空燃比α的增减的变化规律。
当鼓风量过大时(即空燃比α偏大)
,虽然能使燃料充分燃烧,但烟气中过剩空气量偏大,
表现为烟气中 O2 含量高,过剩空气带走的热损失 Q1 值增大,导致热效率η偏低。与此同时,
过量的氧气会与燃料中的 S、烟气中的 N2 反应生成 SO2、NOX 等有害物质。而对于轧钢加热
炉,烟气中氧含量过高还会导致钢坯氧化铁皮增厚,增加氧化烧损。
当鼓风量偏低时(即空燃比α减小)
,表现为烟气中 O2 含量低,CO 含量高,虽说排烟热
损失小,但燃料没有完全燃烧,热损失 Q2 增大,热效率η也将降低。另外,烟囱也会冒黑烟
而污染环境。
热损失
图1
热效率与空燃比的关系
所谓提高燃烧效率,就是要适量的燃料与适量的空气组成最佳比例进行燃烧。实验研究
表明,图 2 为烟气中氧含量和 CO 含量与炉子能耗的关系。
图2
烟气中 O2 和 CO 含量与炉子能耗的关系
图 2 中,
“过量空气能耗”阴影面积表示富余的空气形成的能耗(或热损失)
,表征为烟
气中 O2 含量。
“过量燃料能耗”阴影面积表示有未完全燃烧的燃料所引起的能耗,表征为烟
气中 CO 含量。可以看出,若要降低这两部分能耗(同时亦可提高产品质量)
,必须降低烟气
中 O2 含量和 CO 含量,但烟气中 O2 含量和 CO 含量是互相制约的两个因素。若将上述两个
阴影区叠加成另外一条曲线,即总效率热损失曲线,其最小值即为最佳的燃烧控制点,此处
热损失最小、热效率最高,即烟气中 O2 含量约为 1%。
由上文可知,热效率与烟气中的 CO、O2、CO2 含量以及排烟温度、供热负荷、雾化条
件等因素有关。因此,可通过测量并控制烟道气体中 CO、O2、CO2 的含量来调节空气消耗
系数λ,来达到最高燃烧效率。
燃烧效率控制由来已久,上世纪 60 年代,曾广泛采用 CO2 分析仪监测烟道气体中 CO2
含量来控制空气消耗系数λ以达到最佳,但 CO2 含量受燃料品种影响较大。70 年代后,逐渐
采用烟气中 O2 含量或 O2 含量和 CO 含量相结合的方法来控制燃烧效率。
提高燃烧效率最直接的方法就是使用烟气分析仪器(如烟气分析仪、燃烧效率测定仪、
氧化锆氧含量检测仪)连续监测烟道气体成分,分析烟气中 O2 含量和 CO 含量,调节助燃空
气和燃料的流量,确定最佳的空气消耗系数。
3 正确使用烟气分析仪
无论采取何种方式控制燃烧效率,快速、准确的测量烟气中 O2 含量和 CO 含量都是实现
最佳燃烧的前提条件。因此,这里介绍一些典型的烟气分析仪器的工作原理及其使用方法。
3.1 烟气分析仪(或燃烧效率测定仪)
烟气分析仪是抽气采样炉窑烟道气体并自动进行成分分析的仪表,分为在线监测式和便
携式。一般可以测量分析烟气中的 CO、O2、NOX、SO2 等气体含量,以及烟气温度、压力
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