一氧化碳傳感器在線監(jiān)測煙道廢氣CO含量改善燃氣鍋爐的燃燒效率

鍋爐是什么?

從能源利用的角度看 , 鍋爐是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。在鍋爐中 , 一次能源 ( 燃料 ) 的化學(xué)貯藏能通過燃燒過程轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物 ( 煙氣和灰渣 ) 所載有的熱能 , 然后又通過傳熱過 程將熱量傳遞給中間載熱體 ( 例如水和蒸汽 ), 依靠它將熱量輸送到用熱設(shè)備中去。

CO傳感器很早被鍋爐廠家引進并小范圍試點，但由于爐內(nèi)溫度高，傳感器性能等制約因素，一直未能列入鍋爐燃燒調(diào)整參考指標(biāo)。隨著近幾年中國制造工藝的突飛猛進，裝設(shè)CO傳感器并作為有效平衡高效燃燒、低氮排放、高溫腐蝕/結(jié)焦三者關(guān)系成為可能。以下根據(jù)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)對影響CO濃度的影響因素進行探討。

一、燃盡風(fēng)門開度的影響

SOFA風(fēng)門開度調(diào)整試驗期間，#1機組運行在600MW負荷工況時，將SOFA風(fēng)門分別調(diào)整至30%、20%、10%開度時，機組穩(wěn)定半個小時，記錄爐膛CO濃度水平等參數(shù)，具體如表1所示。

表1 不同SOFA 風(fēng)門開度時爐膛CO 濃度

由此可知，SOFA風(fēng)門開度在20%以上時，其對爐膛CO濃度影響很大，但對NO x 影響十分有限；SOFA風(fēng)門開度在10%時，爐膛CO濃度能降低至20000ppm以內(nèi)，說明降低燃盡風(fēng)率有利于緩解高溫腐蝕。另外，在SOFA風(fēng)門開度大于20%時，減小其開度對脫硝入口NO x 濃度影響較小。因此在高負荷段時，SOFA風(fēng)門開度保持在10%-30%之間，既能降低爐膛CO濃度，又能保證脫硝入口NO x 含量在可控范圍內(nèi)。

二、風(fēng)量調(diào)整的影響

在600MW以上穩(wěn)定負荷時段且尾部CO含量過高時，進行變風(fēng)量試驗。試驗參數(shù)如表2所示，風(fēng)量調(diào)整前后主要參數(shù)曲線如圖1所示。

表2 高CO 工況下調(diào)整試驗參數(shù)

620MW穩(wěn)定工況下，增大總風(fēng)量50t/h，尾部CO從超過4000ppm（具體數(shù)值未知，已超量程）降至350ppm。若以初始值4000ppm計算，此時排煙熱損失增大0.16%，化學(xué)不完全燃燒熱損失減小1.25%。

630MW穩(wěn)定工況下，增大總風(fēng)量80t/h，尾部CO從1000ppm降至450ppm。此時排煙熱損失增大0.11%，化學(xué)不完全燃燒熱損失減小0.21%。

另外，CO每降低1000ppm，q 3 降低0.3459%，煤耗降低近似折算為1.11g/kWh。單獨對比鍋爐效率提升及引風(fēng)機電耗增加對經(jīng)濟性的影響，計算值如表3所示。

表3 經(jīng)濟性對比數(shù)據(jù)

三、O2-CO協(xié)同控制邏輯及投運策略

投入CO控制回路之前必須投入氧量自動，CO控制器輸出值疊加到氧量設(shè)定值，CO對氧量設(shè)定值的控制限值為±0.5%，CO設(shè)定值跟隨實際負荷變化，負荷及CO設(shè)定值對應(yīng)關(guān)系如表4所示。

表4 負荷及CO 設(shè)定值對應(yīng)關(guān)系

另外，CO傳感器靈敏度為1%，量程為4000ppm，控制回路設(shè)定值死區(qū)暫定為±100ppm。為了防止CO測量回路中的隨機干擾，設(shè)定了30s的信號濾波，且定義CO測量值低于50ppm點為壞點，當(dāng)兩側(cè)CO測量值都被定義為壞點時，CO自動控制回路退出。

通過增加CO測點，增加了鍋爐運行的參數(shù)監(jiān)視，運行人員可以在兼顧鍋爐效率、脫硝控制和參數(shù)偏差的基礎(chǔ)上，控制局部的燃燒不完全，減少高溫腐蝕的速度，提升鍋爐效率。

CO控制燃燒改進被證明是一種更有效的優(yōu)化方法，因此燃氣鍋爐的燃燒效率可以通過一氧化碳傳感器在線監(jiān)測煙道廢氣CO區(qū)分內(nèi)容。在鋼鐵冶煉公司自備電廠中，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的混合氣一般作為鍋爐燃燒的主要能源，因此鍋爐煙道廢氣中CO含量檢測結(jié)果可為鍋爐燃燒的改善提供良好的指導(dǎo)。良好的燃燒效率不僅能提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，還能節(jié)能降耗。鍋爐煙道廢氣中CO含量檢測安裝一氧化碳傳感器，工采網(wǎng)技術(shù)工程師推薦一氧化碳傳感器（抗煙氣，帶過濾，CO傳感器） - CO-CF：

一氧化碳傳感器CO-CF主要特性
靈敏度：55～90nA/ppm
響應(yīng)時間：< 30s
量程：5000ppm
過載：10000ppm
分辨率：0.5ppm
尺寸：Φ20.2*23
使用壽命：2年
存儲周期：6個月
工作溫度：-30～50℃
工作濕度：15～90％RH
負載電阻：10～47Ω
典型應(yīng)用:一氧化碳報警器

一氧化碳傳感器與報警裝置一起使用，因此傳感器已成為報警裝置中不可缺少的核心部件，其基本原理是固定電位電解。當(dāng)外部一氧化碳擴散到氣體傳感器時，傳感器的輸出端會被感應(yīng)，然后產(chǎn)生電流，并將獲得的信息報告給報警裝置。報警裝置中的取樣電路將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。如果外部一氧化碳濃度增加，氣體傳感器的輸出電流也會增加，兩者成正比。當(dāng)電流變化通過報警裝置時，電流會被放大，可以驅(qū)動每個設(shè)備，實現(xiàn)報警功能。

嚴(yán)格來說，當(dāng)鍋爐正常，燃燒平穩(wěn)時，鍋爐尾部的煙塵中CO濃度不是很大。然而，當(dāng)鍋爐低負荷運行時，燃燒不穩(wěn)定甚至惡化是非常危險的。據(jù)統(tǒng)計，70%的燃氣鍋爐爆炸發(fā)生在低負荷運行期間。由于低負荷運行時燃燒最不穩(wěn)定，爐溫降低，燃燒不足，化學(xué)不完全指數(shù)增加，部分燃氣未燃燒直接進入煙道，導(dǎo)致爐內(nèi)煙道CO濃度急劇增加。當(dāng)燃燒進一步惡化時，煙氣中會出現(xiàn)煙氣。CO濃度將進一步增加，造成嚴(yán)重的安全事故。

審核編輯黃宇