摘 要:介(jie)紹燃燒產物及(ji)煙(yan)道氣體中氧氣和一氧化碳(tan)的(de)含量對爐窯熱效率的(de)影響, 以及(ji)煙(yan)氣分析

       燃(ran)(ran)(ran)料的(de)(de)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)，是可(ke)燃(ran)(ran)(ran)成(cheng)分(fen)(fen)與空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)氧進行的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)反(fan)應，在(zai)已知燃(ran)(ran)(ran)料成(cheng)分(fen)(fen)和空(kong)氣(qi)(qi)(qi)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)情況下，就可(ke)根據所進行的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)反(fan)應，確(que)定其燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)產(chan)物--煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)成(cheng)分(fen)(fen)。例如：固體(ti)(ti)、液體(ti)(ti)燃(ran)(ran)(ran)料完全(quan)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)時，碳與氧化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生成(cheng)二氧化(hua)(hua)(hua)碳，氫與氧化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生成(cheng)水蒸汽，硫(liu)與氧化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生成(cheng)二氧化(hua)(hua)(hua)硫(liu)。除此之外，燃(ran)(ran)(ran)料中的(de)(de)水分(fen)(fen)汽化(hua)(hua)(hua)成(cheng)水蒸汽，氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)為氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)，還有空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中剩余(yu)的(de)(de)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)及過量空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)氧氣(qi)(qi)(qi)等。綜上所述，燃(ran)(ran)(ran)料完全(quan)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)時，煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)成(cheng)分(fen)(fen)是：CO2、SO2、H2O 、N2、和O2等。

       隨著(zhu)人們對(dui)環保和節能意(yi)識的(de)逐漸提高(gao), 眾多大中(zhong)型企(qi)業(ye)如鋼鐵冶(ye)金、石油化(hua)工(gong)、火力發電廠等, 已將(jiang)提高(gao)爐(lu)(lu)窯熱(re)效(xiao)率、降低(di)能源消耗、降低(di)污(wu)染物(wu)排(pai)放、保護(hu)環境等作為企(qi)業(ye)可(ke)持續發展的(de)重要途(tu)徑。鋼鐵行業(ye)的(de)軋鋼加熱(re)爐(lu)(lu)、電力行業(ye)的(de)鍋爐(lu)(lu)等燃燒裝置和熱(re)工(gong)設備, 是各行業(ye)的(de)能源消耗大戶。因此(ci), 如何測量和提高(gao)燃燒裝置的(de)燃燒效(xiao)率, 確定最(zui)佳燃燒點十(shi)分重要。

      燃(ran)料不(bu)完全燃(ran)燒(shao)時，一部分碳生成一氧化(hua)碳，還(huan)可能(neng)生成少量(liang)(liang)的(de)氫氣及(ji)碳氫化(hua)合(he)物CmHn ，所(suo)以，燃(ran)料在(zai)不(bu)完全燃(ran)燒(shao)時，煙氣成分除了(le)CO2、SO2、H2O 、N2、和O2外，還(huan)有少量(liang)(liang)的(de)CO 、H2、CmHn 等。

       此(ci)外，煙氣中尚有微量SO3和NOx 它(ta)們都(dou)對環境造成污染。其中SO3還是低溫(wen)腐蝕的主要因(yin)素。

1 煙氣成分對爐(lu)窯熱效率的影響(xiang)分析

       供給(gei)加(jia)熱(re)爐(lu)(lu)、鍋(guo)爐(lu)(lu)等加(jia)熱(re)設備的燃料燃燒(shao)熱(re)并沒有被(bei)全部(bu)利用。以軋鋼加(jia)熱(re)爐(lu)(lu)或(huo)鍋(guo)爐(lu)(lu)為例,

       有(you)效熱是為了使(shi)物料加熱或熔(rong)化(hua)(以及工藝過程的進(jin)行(xing)) 所必須(xu)傳(chuan)入的熱量。根據(ju)爐子熱平衡可知,

η= 1 -Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4

        Q 式(shi)中(zhong)(zhong), η為(wei)爐(lu)窯熱(re)(re)(re)效(xiao)率(lv); Q 為(wei)供給爐(lu)子(zi)的熱(re)(re)(re)量,J ; Q 1 為(wei)爐(lu)子(zi)煙(yan)氣(qi)(廢氣(qi)) 中(zhong)(zhong)過剩空氣(qi)帶(dai)走的物(wu)理熱(re)(re)(re),J ; Q 2 為(wei)爐(lu)子(zi)煙(yan)氣(qi)(廢氣(qi)) 中(zhong)(zhong)燃料不完(wan)全燃燒(shao)而生成的或未燃燒(shao)的CO 氣(qi)帶(dai)走的物(wu)理熱(re)(re)(re),J ; Q 3為(wei)爐(lu)子(zi)設(she)備熱(re)(re)(re)損(sun)失(包括爐(lu)體散(san)熱(re)(re)(re)、逸氣(qi)損(sun)失、冷卻水帶(dai)走、熱(re)(re)(re)輻射(she)等(deng)) ,J ;Q 4 為(wei)其(qi)他熱(re)(re)(re)損(sun)失,J 。

       熱(re)效率與煙氣(qi)(qi)中的φ( CO) 、φ(O2 ) 、φ(CO2 ) 以(yi)及排煙溫度、供(gong)熱(re)負荷、混(hun)合(he)條件等因(yin)素有(you)關。因(yin)此, 可通(tong)過(guo)測量并(bing)控制煙道氣(qi)(qi)體中φ(CO) 、φ(O2 ) 、φ(CO2 ) 來調節空氣(qi)(qi)系數λ, 來達到最(zui)高爐子熱(re)效率。

        燃燒控(kong)(kong)制由來(lai)已久(jiu), 上(shang)世紀60 年代(dai), 曾廣泛采(cai)用(yong)CO2 分析儀監測煙道氣體(ti)中φ(CO2 ) 來(lai)控(kong)(kong)制空氣系數λ以達到最佳, 但φ(CO2 ) 受燃料品(pin)種(zhong)影(ying)響較(jiao)大(da)。上(shang)世紀70 年代(dai)后, 逐(zhu)漸采(cai)用(yong)煙氣中φ(CO2 ) 或φ(CO) 和φ(O2 ) 相結合的方法來(lai)控(kong)(kong)制燃燒狀況(kuang)。

       改善燃燒(shao)(shao)狀況最直接的(de)(de)方法就是使用(yong)煙氣(qi)分析(xi)儀(yi)器(如煙氣(qi)分析(xi)儀(yi)、燃燒(shao)(shao)效率測(ce)定儀(yi)、氧化(hua)鋯(gao)氧含量(liang)(liang)檢測(ce)儀(yi)) 連續監測(ce)煙道氣(qi)體成分, 分析(xi)煙氣(qi)中φ(O2 ) 和φ(CO) ,調(diao)節助燃空(kong)氣(qi)和燃料的(de)(de)流量(liang)(liang), 確定最佳的(de)(de)空(kong)氣(qi)系數。

2 煙(yan)氣成分分析裝置工作原理(li)

無(wu)論(lun)采取何種(zhong)方式控制燃燒狀況, 快速、準(zhun)確的(de)測量煙氣中(zhong)φ(O2 ) 和φ(CO) 都是實(shi)現最佳(jia)燃燒的(de)前提條(tiao)件。因(yin)此, 這里介紹(shao)一些典(dian)型的(de)煙氣分(fen)析儀器的(de)工作原(yuan)理(li)。 

煙氣分析儀

       煙(yan)氣(qi)(qi)分析(xi)儀(yi)(或燃燒效(xiao)率測(ce)定(ding)儀(yi)) 是爐窯煙(yan)道氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)抽氣(qi)(qi)采樣并自(zi)動進行成分分析(xi)的(de)儀(yi)表(biao), 分為在線(xian)監測(ce)式和便攜(xie)式。一般可(ke)以測(ce)量分析(xi)煙(yan)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)φ(CO) 、φ(O2 ) 、φ(NOX ) 、φ(SO2 ) 等(deng)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti), 以及(ji)煙(yan)氣(qi)(qi)溫度、壓力等(deng), 并通過計(ji)算(suan)(suan)獲得(de)φ(CO2 ) 、空氣(qi)(qi)系數(shu)、煙(yan)氣(qi)(qi)露(lu)點、燃燒效(xiao)率、排煙(yan)熱損失、煙(yan)氣(qi)(qi)流量等(deng)熱工(gong)參(can)數(shu)。煙(yan)氣(qi)(qi)分析(xi)儀(yi)中(zhong)(zhong)一般安裝多個(ge)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi), 分為電(dian)(dian)化(hua)學(xue)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)和紅(hong)(hong)(hong)(hong)外傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)。電(dian)(dian)化(hua)學(xue)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)測(ce)量原理是將待(dai)測(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)經過除塵、去(qu)濕后進入(ru)(ru)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)室, 經由滲透膜進入(ru)(ru)電(dian)(dian)解槽(cao), 使在電(dian)(dian)解液中(zhong)(zhong)被(bei)(bei)擴散吸收(shou)的(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)在規定(ding)的(de)氧化(hua)電(dian)(dian)位(wei)下進行電(dian)(dian)位(wei)電(dian)(dian)解, 根據(ju)耗用的(de)電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流求出其(qi)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)濃度。紅(hong)(hong)(hong)(hong)外傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)主要由紅(hong)(hong)(hong)(hong)外光源、紅(hong)(hong)(hong)(hong)外吸收(shou)池(chi)、紅(hong)(hong)(hong)(hong)外接收(shou)器(qi)(qi)、氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)管路、溫度傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)等(deng)組成。它是利用各種元素對某個(ge)特定(ding)波長的(de)吸收(shou)原理, 當(dang)被(bei)(bei)測(ce)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)進入(ru)(ru)紅(hong)(hong)(hong)(hong)外吸收(shou)池(chi)后會對紅(hong)(hong)(hong)(hong)外光有(you)(you)不同程度的(de)吸收(shou), 從而計(ji)算(suan)(suan)出氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)含量。紅(hong)(hong)(hong)(hong)外傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)具有(you)(you)抗中(zhong)(zhong)毒性好(hao)、量程范(fan)圍廣(guang)、反(fan)應靈敏等(deng)特點。煙(yan)氣(qi)(qi)分析(xi)儀(yi)利用測(ce)量得(de)到的(de)φ(O2 ) 、φ(CO)等(deng)數(shu)據(ju)可(ke)計(ji)算(suan)(suan)得(de)到相應的(de)熱工(gong)參(can)數(shu)。

其計算公式如下。

CO2 :φ(CO2 ) = φ(CO2 ) max ·(1 -O221. 0) ,空氣(qi)系數: λ=21. 021. 0 - O2 , 排煙熱損失:Loss = T gas - T air · A 1φ(CO2 ) + B ,

燃燒效率:η= 100 - Loss ,這里, A 1 =(V dry ) min ·C p ,m ·CO2max H u ·CO2

3. 煙氣成分分析(xi)在爐窯(yao)燃燒狀況改善中的應用

煙氣(qi)分(fen)析儀(yi)一般可測量和(he)(he)顯示(shi)O2 、CO 、。CO2 、NO X 、SO2 等氣(qi)體成分(fen)以及煙氣(qi)溫(wen)度(du)(du)、壓力、煙氣(qi)黑度(du)(du)和(he)(he)燃燒效率、空氣(qi)系數等, 并可擴展(zhan)其他氣(qi)體成分(fen)的(de)測試(shi), 是熱工研究和(he)(he)燃燒控(kong)制(zhi)的(de)良(liang)好(hao)工具。

4. 結 語

煙氣成(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)析裝置已經成(cheng)為(wei)控制爐窯燃燒和運行不可缺少的(de)重要(yao)設(she)備, 正確使用(yong)它并通過它合理調節爐窯熱工(gong)操作參數, 將收(shou)到以下效(xiao)果。

(1) 節約(yue)(yue)能(neng)源。減少助燃(ran)(ran)空(kong)氣(qi)量(liang)(liang)(liang)(liang)和排風量(liang)(liang)(liang)(liang), 節省通(tong)風機動力(li)費用(yong)。減少煙氣(qi)中過量(liang)(liang)(liang)(liang)空(kong)氣(qi)帶走的(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)(liang)損失, 達到(dao)節能(neng)的(de)(de)目的(de)(de)。或減少過量(liang)(liang)(liang)(liang)燃(ran)(ran)燒(shao)供給量(liang)(liang)(liang)(liang), 直接(jie)實現節約(yue)(yue)燃(ran)(ran)料。

(2) 減少(shao)環境污染。減少(shao)NO X 、SO2 等污染物(wu)的排放(fang)。

(3) 提(ti)高產品質(zhi)量。控制(zhi)煙氣(qi)殘氧(yang)量可減少鋼(gang)坯(pi)氧(yang)化燒損, 提(ti)高企業(ye)經濟效(xiao)益。

(4) 延(yan)長(chang)爐窯使(shi)用壽命(ming)。

我國(guo)有數10 萬臺中小型工(gong)業鍋爐(lu)和(he)加熱爐(lu), 我國(guo)的(de)發電煤耗(hao)和(he)噸鋼能耗(hao)都與(yu)國(guo)際先進(jin)水平有一定差距, 若能采用煙氣(qi)分析儀器等自動(dong)控制手段, 對有關燃燒(shao)參數進(jin)行準確、及時的(de)在線監測, 以便實(shi)現人(ren)工(gong)調節或(huo)自動(dong)控制, 使(shi)爐(lu)窯(yao)熱效(xiao)(xiao)(xiao)率達到較高或(huo)者最高, 將帶來巨(ju)大的(de)經濟效(xiao)(xiao)(xiao)益(yi)和(he)社(she)會(hui)效(xiao)(xiao)(xiao)益(yi)。