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烟气分析仪在提高燃烧效率中的应用

发表时间:2022-02-25  |  点击率:176

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。

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:

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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。

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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、热效率高,即烟气中O2含量约为1%。

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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。

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。



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