探討通過監(jiān)測一氧化碳提高燃燒效率

李少冬

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電投資集團有限公司電力工程技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 課題背景

在我國電力行業(yè)中存在的高耗能問題，始終沒有得到根本解決。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，火電煤耗比國際先進水平高22.5%。如果通過設(shè)備換代來提高燃燒效率，建設(shè)周期長，資金投入量大，較難實現(xiàn)。在現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，通過對燃燒過程參數(shù)的精密測量和控制，優(yōu)化燃燒過程，提高燃燒效率。不僅資金投入小，而且效果立竿見影。

2 解決方法

通過改造電站鍋爐氧量測量手段，實現(xiàn)最佳燃燒。

我國現(xiàn)行是對過剩氧進行測量，并以氧氣濃度為控制對象。

全新的方式是以CO濃度為控制對象。

如果一時無法接受這樣的控制方式的改變。近期可仍以O(shè)2為控制對象，但這種O2的數(shù)值不再是經(jīng)驗值，而是通過測量CO的含量，來確定的最佳過剩O2的控制值。

3 實現(xiàn)原理

同時測量爐膛或煙道內(nèi)的CO和O2。

大家都承認在目前過剩空氣水平下，減少進入鍋爐的空氣量，可以達到節(jié)能效果。

但是，沒有人敢貿(mào)然嘗試。因為可能會影響鍋爐的安全運行，至今不知道通過何種手段和如何確定一個合理的低O2值。以前人們都以為，低氧與安全是矛盾的，只有富氧燃燒才是安全的。在缺少測量技術(shù)手段的時候，這種認識和做法是不能避免的。

如何做到低氧燃燒、減少熱損耗與鍋爐安全運行二者兼顧呢？道理和實踐都不復(fù)雜，也是歐美和日本等發(fā)達國家普遍使用的方法。這就是同時測量煙道內(nèi)的CO和O2。

測O2的目的：對過剩O2進行初步控制，作為粗調(diào)；保障鍋爐安全運行（富氧）。

測CO的目的：確定最佳的O2控制值，實現(xiàn)最佳燃燒，作為精調(diào)。

項目的核心是：既要將O2控制在一個較低的數(shù)值上，而爐膛內(nèi)又始終保持一定的可燃物存在，爐子就不會滅火。

降低煙道內(nèi)過剩氧的含量，減少排熱損失。

始終保持煙氣中有一定CO的含量，保證不滅火，鍋爐運行安全過剩氧量應(yīng)控制在多少？以前是沒有依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的。這個項目在一定意義上，就是為控制過剩氧提供依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

原則上要滿足：

（1）安全不受影響(要有易燃物)；

（2）產(chǎn)生CO。

控制數(shù)值取決于以下情況：

（1）不同燃料；

（2）燃料的熱值變化；

（3）燃燒器的類型；

（4）濕度的變化；

（5）密度變化；

（6）負荷的變化；

（7）燃燒器燒結(jié)；

（8）燃燒器的磨損。

上述因素，就決定過剩氧不可能穩(wěn)定在一個數(shù)值上。過剩氧量值要受上述因素的影響，由于上述影響是隨機的，并且不可測的，要想有與之相對應(yīng)的變化的過剩氧量是不可能的。

但是，研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)燃燒效率最高時，CO的濃度不隨燃料的種類(固體、液體、氣體)、質(zhì)量優(yōu)劣和鍋爐負載等因素的變化而變化，即CO的濃度都是常數(shù)。這使得這種特征氣體成為理想的控制對象。

4 原理描述

圖1是燃燒系統(tǒng)過剩空氣系數(shù)和CO控制法與O2控制法的關(guān)系曲線。

圖1

從圖1中可以看出：

（1）鍋爐在不同負荷下運行時，煙道熱損失是不一樣的（見曲線②和④），其所需的O2供給量也是不同的（見曲線⑤）。如果在不同負荷下，供給相同的O2量，是絕對不行的。當(dāng)高負荷運行時，如果O2濃度設(shè)定值高，就會造成很多的過剩空氣，煙道熱損失增加；反之，當(dāng)?shù)拓摵蛇\行時，O2濃度的設(shè)定值應(yīng)比高負荷時高，否則，CO濃度就會大增（見曲線③），造成不完全燃燒，同時煙道熱損失也增加。因此，從理論和實踐上講鍋爐不可能長期運行在一個穩(wěn)定的負荷下，O2的供給量應(yīng)該隨著負荷的變化而改變。不可能用一個固定的O2設(shè)定值進行供風(fēng)量的控制。而是隨著負荷變化而改變O2的設(shè)定值，這是很麻煩的，可操作性差。

（2）當(dāng)鍋爐運行在最佳燃燒區(qū)域時（見曲線②和④的最低拐點），其對應(yīng)的O2濃度是不同的，但它始終對應(yīng)著一個CO濃度的范圍50～300ppm（見CO控制帶），換句話說，只要把CO濃度設(shè)定值設(shè)定在50～300ppm范圍之內(nèi)的一個數(shù)值上，無論鍋爐的負荷如何變化，始終能使鍋爐保持在最佳燃燒區(qū)域，同時煙道熱總損失也為最低值。

因此，結(jié)論是：由于鍋爐負荷是變化的，

（1）如果用O2控制法，不可能用一個固定的O2濃度設(shè)定值進行供風(fēng)調(diào)節(jié)。如300MW以上的機組，90%負荷時余氧含量為3%～5%；70%負荷時為5%～7%；50%負荷時為8%～10%。一般電廠為避免熄火或冒黑煙，通常采用上偏差或人為提高氧量比。每提高1%的氧量，同時額外帶進4%的N2（空氣中79%左右為N2）。

（2）如果采用CO 控制法，只要把設(shè)定值設(shè)定在50～300ppm的某一個數(shù)值上，就可以保證鍋爐系統(tǒng)的最佳燃燒，使控制操作簡單化。

5 燃燒效率改變對節(jié)能效果的影響

過剩空氣會從以下幾個方面影響煤耗：排煙溫度：↑10℃:↑1.66g（g/kW/h）送風(fēng)溫度：↓10℃:↑0.56g鍋爐效率：↑1%：↓3.2g過剩氧：↑1%：↑0.85g

由于幾個方面的影響重疊，僅以鍋爐燃燒效率為例，600MW 機組，如果效率提高0.5%，一年可節(jié)省約500 萬元。

根據(jù)國外的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，氧量一般控制1.5%（取決于煤質(zhì)）。我們的操作上還有較大的空間。

6 實現(xiàn)O2+CO測量方案

可以供選擇的測量方案有三種：

（1）激光：測量精度高，維護量少。但投資大，國外應(yīng)用目前不夠普遍。主要缺點是煙道內(nèi)粉塵濃度超出激光運行允許的范圍，激光發(fā)射端發(fā)出的光能量無法達到接收端。價格最高。

（2）紅外線+氧化鋯：紅外線與氧化鋯不是處于同一個采樣點；氧化鋯為原位在線測量，而紅外線為抽取法，時間滯后于氧化鋯；紅外線法要采用故障率很高、維護量很大的預(yù)處理系統(tǒng)。

（3）氧化鋯+CO：在歐美有大量應(yīng)用。一氧化碳+氧化鋯一體化插入式探頭。安裝簡便，不用預(yù)處理裝置，沒有維護量；兩種氣體在同一地點、同一時間取樣。為調(diào)節(jié)提供更精準(zhǔn)的參考數(shù)據(jù)。這也是代表世界先進水平的。而且實現(xiàn)起來會順利一些，時間要短。也符合操作人員歷來依據(jù)氧化鋯操作的工藝和習(xí)慣。

表1

采用O2+CO控制，降低煤耗，提高燃燒效率，在國內(nèi)已探討許多年了，也進行了不少實踐嘗試，但終究沒有取得廣泛的應(yīng)用效果。除了人的認識原因以外，主要是沒有解決測量手段。激光沒有解決高塵下測量的難題，且價格高；紅外線法無論人工還是部件上都有極大的維護量。因此，利用O2+CO的控制原理提高燃燒效率是非常有效的手段，且這種控制方法可以對我國節(jié)能減排有立竿見影的效果。