火電廠煙氣含氧量測量的現狀與發展

【摘要】火力發電廠是我國的基礎產業之一，也是我國能源消耗的大戶，其年煤耗達到我國原煤產量的百分之二十以上。因此提高火力發電廠的生產效率，降低能源消耗，實現節能減排是我國電力企業發展過程中的重點解決問題。想要實現節能減排不僅僅要提高火力發電廠的機組設備，還要提高燃燒的充分性，提高能源利用率，這就對燃燒的監測和參數的確定提出了更高的要求。在鍋爐的運行中必須控制要空氣含量與燃料量之間的比例，使鍋爐實現最佳燃燒。由于目前的研究局限性，對過剩空氣系數的測量較為困難，因此通過對煙氣中氧氣含量的測量來實現對過剩空氣系數的了解，從而實現對空氣量的控制，達到最優燃燒程度，實現能源利用率的提高。

【關鍵詞】火電廠；煙氣含氧量；節能減排

引言

我國能源局2015年發布了2014年火力發電站的發電設備容量達91615千瓦，在全口徑發電設備容量中占絕大部分比重，由此可見火力發電仍是我國最主要的發電方式。煙氣含氧量是鍋爐運行過程中的重要指標之一，一旦煙氣含氧量多低鍋爐中的煤炭則不能夠實現完全燃燒且排放物超標，而含氧量過高則會導致鍋爐的熱效率下降。因此對煙氣含氧量的控制能夠幫助維持鍋爐的最佳運行，降低燃料的消耗，實現節能減排的同時提高經濟效益。在本文中我將從火力發電廠的煙氣含氧量測量現狀、測量方法與實現節能減排發展的角度進行分析研究，希望對我國火力發電廠的發展有所幫助。

1、煙氣含氧量測量現狀

就目前我國的火力發電廠煙氣含氧量測量方法來看存在兩種傳感器，一種是熱磁式氧量傳感器，另一種是氧化鋯氧量傳感器。其中熱磁式氧量傳感器是利用煙氣中氧氣的磁化率進行對含氧量的測量，這種測量方式非常簡單也便于制造和調整。但是這種測量方法的誤差較大，產生反應的速度比較慢，還容易造成零件的腐蝕，所以在火力發電廠的發展過程中應用逐漸減少。氧化鋯氧量計由氧化鋯鉆頭、控制器、儀表等部件組成，由金屬氧化物陶瓷制成管，并在內外壁經過高溫熔燒固定鉑電極和引線，內部通入參比空氣，其外部則與煙氣接觸。一般情況下溫度設定為600到850度左右，一旦內外部氧氣濃度不同，點擊兩端就會出現濃差電動勢，由此測得煙氣中的含氧量。在煙氣溫度不同的情況下探頭有不同的安裝方式。煙氣溫度在600到850度之間時，還需要安裝補償裝置消除溫度對測量結果的影響。

2、對煙氣含氧量測量研究的意義

隨著我國社會進步和經濟的發展，我國的能源消耗量急劇上漲，加之城市化進程增快電力系統的規模不斷擴大，日漸緊張的能源與逐漸提高的能源價格導致火力發電廠的生產成本提高，其生產經營壓力不斷增強，以此這種發展現狀要求火力發電廠必須優化資源配置，實現管理的有效整合，引進先進的科學技術和設備，幫助節約能源消耗，提高生產效率，實現經濟效益的提高，以應對能源危機的影響。

火力發電廠的經濟來源主要依靠鍋爐的經濟運行，因此提高鍋爐的燃燒率是時下需要迫切解決的問題。想要保持鍋爐的最佳運行狀態就需要通過測量與空氣過剩系數相關的煙氣含氧量來確定燃料與風的最佳比例。對于其他系數來說，煙氣的含氧量是最容易調整和測量的內容，其變化范圍也比較大，對其他參數的影響比較大且直接影響了經濟效益的高低程度運行的含氧量發生變化時會使煙氣量中排煙熱損失隨之發生變化，導致對經濟利益的影響。含氧量的變化還影響著灰渣未燃盡碳含量、送風機與引風機的耗電量、主汽溫度、再熱汽溫度以及減溫水量等變化。隨著我國用電量的增加，火力發電站機組的負荷變化頻繁，因此工作人員通過對燃燒器出口處的風速控制、風率與爐膛風量等控制來實現煙氣中含氧量的最佳值，實現鍋爐的最優燃燒狀態，是實現鍋爐運行安全穩定，保證經濟效益的最佳選擇。

3、煙氣含氧量軟測量方法

3.1 測量理論

軟測量又稱為軟儀表和虛擬儀表，是儀表技術進行發展的第五個發展階段。軟測量是指測量過程中不采用或者不直接采用物理傳感器，一間接測量的方式或者間接使用物理傳感器的輔助變量，根據變量和難以直接測量的主導變量之間的關系，建立軟測量數學模型，通過數學計算和估算得到所需要的信息數據。根據軟測量的過程不難看出，軟件部分是實現軟測量技術的核心。軟測量的應用非常廣泛們不僅能夠解決難以測量的變量問題，還能夠給通過硬件檢測到的變量提供校正參考，并減少硬件測量設備的昂貴費用，降低成本投入。國外許多公司已經設計生產出了各種軟測量儀表，國內也正在加大對軟測量儀表的研究和設計，但其應用發展還需要進一步深化。

3.2 技術組成

首先，想要利用軟測量技術需要建立軟測量模型，針對具體的生產條件和生產過程確定參數估計過程中的主導變量，建立過程模型。其次，要對輔助變量進行選擇。針對特定的生產過程以及主導變量確定與之相對應的可在線測量輔助變量。其中要對變量的類型、數目、測量位置等內容進行確定。還要進行對數據的處理。根據建立的模型和輔助變量的策略數據進行對原始數據標準化的校正，在這個過程中注意對失誤進行排查和剔除，保證數據的科學性和客觀性。數據處理完成后要進行對軟測量模型的在線校正，當生產條件發生變化時，要利用模型進行調整來適應生產過程中的變化。還要注意軟測量技術的通用化，一般情況下軟測量技術是針對特定條件研發的，但是由于生產環境各不相同，因此軟測量技術的二次投入也是必要的。最后還要注意軟測量技術的應用，其應用性很強且具有很強的理論支持，但是在未來發展過程中要注意將其工程化，更好地在生產實踐中進行操作和應用。

3.3 軟測量技術分類

軟測量技術是為了實現最優化生產利用輔助變量構成可以測量的數據信息，再通過軟件進行數學計算，實現對主導變量的測量。其核心在于數學關系模型的建立，根據不同的軟測量模型可以將軟測量進行劃分，一般分為：基于工藝機理的分析、模式識別、回歸分析、狀態的估計、神經網絡、模糊數學和過程層析成像等，隨著科學技術水平的提高和技術的不斷應用總結，其研究還會進一步發展。

3.4 利用軟測量技術進行煙氣含氧量測量

煙氣氧含量的軟測量技術為火力發電廠的氧含量測量提供了更加便利的測量手段，不僅能夠實現對鍋爐運行過程的優化，還能夠實現對風煙系統的良好控制，實現對氧含量的有效測量和控制，以達到運行過程中的最佳值。煙氣氧含量的影響因素很多，包括用煤質量、燃燒情況、漏風、數據測量準確性等，可以將主蒸汽流量、給水以及燃料、送風量、一能級、送風引風機電流等參數數據作為軟測量模型的輸入數據，通過軟測量模型進行數學運算，從而得出煙氣氧含量的數據，準確表現含氧量的多少。

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在軟測量過程中要通過機理分析找出不可測量的主導變量與可測量的變量之間的關系，通過模型的建立實現以微積分方程或代數方程為表現形式的軟測量數學模型。這種方式不僅簡化了計算過程，還使數據方式更為簡化清晰，便于應用。建立模型后要進行過程狀態估計，實現對過程中狀態觀測，可以采用建模或者辨識的方法建立軟測量模型，實現對狀態的估計。還可以利用神經網絡進行軟測量，這種技術發展十分迅速，且具有聯想記憶和自適應功能，能夠在不具備對象的先驗知識情況下建立模型，且對模型的在校校正性很強，能夠使用高度非線性系統和不確定性高的系統，幫助解決復雜的測量問題。還可以對建模方法進行組合，采用多元線性回歸中的逐步回歸技術建立較好的模型，對于變量較多的情況可以采用機理分析，得到變量之間的關系框架，再利用這種方法進行軟測量模型的建立。

4、結論

隨著我國科學技術的應用和發展，在我國的電力企業發展過程中起到了重要的推動作用。目前世界能源危機嚴重，我國隨之推行了節能減排策略，火力發電廠作為能源消耗大戶必須以身作則，提高能源的利用效率，實現社會效益的提高。隨著能源危機而來的是能源使用價格的提高，煤炭價格和用水價格的提升使火力發電廠的生產投入增多，其生產壓力不斷增大，因此想要提高能源利用率必須積極引進先進的生產技術和設備，結合國內外的研究成果實現生產過程中的優化，提高鍋爐燃燒率，減少能源浪費，從而提高經濟效益。通過對煙氣含氧量的測量能夠更好地控制空氣量與燃燒量的比例，以實現煤炭的完全燃燒，降低污染物排放量，優化運行過程。電力企業是我國的基礎產業之一，也是關系到國計民生的基礎企業，電力能源的發展直接影響到我國的城市化建設和未來的經濟發展進程，因此在發展過程中要提高電力企業的生產效率，優化其生產過程，做到經濟效益與社會效益的雙重提高，為我國的可持續發展貢獻力量。

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