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烟气浓度折算小常识详解

发布时间:2020-07-24 13:31  浏览:

  摘 要:介绍燃烧产物及烟道气体中氧气和一氧化碳的含量对炉窑热效率的影响, 以及烟气分析

  燃料的燃烧,是可燃成分与空气中的氧进行的化合反应,在已知燃料成分和空气成分的情况下,就可根据所进行的氧化反应,确定其燃烧产物--烟气的成分。例如:固体、液体燃料完全燃烧时,碳与氧化合生成二氧化碳,氢与氧化合生成水蒸汽,硫与氧化合生成二氧化硫。除此之外,燃料中的水分汽化成水蒸汽,氮气化为氮气,还有空气中剩余的氮气及过量空气中的氧气等。综上所述,燃料完全燃烧时,烟气的成分是:CO2、SO2、H2O 、N2、和O2等。

  随着人们对环保和节能意识的逐渐提高, 众多大中型企业如钢铁冶金、石油化工、火力发电厂等, 已将提高炉窑热效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保护环境等作为企业可持续发展的重要途径。钢铁行业的轧钢加热炉、电力行业的锅炉等燃烧装置和热工设备, 是各行业的能源消耗大户。因此, 如何测量和提高燃烧装置的燃烧效率, 确定最佳燃烧点十分重要。

  燃料不完全燃烧时,一部分碳生成一氧化碳,还可能生成少量的氢气及碳氢化合物CmHn ,所以,燃料在不完全燃烧时,烟气成分除了CO2、SO2、H2O 、N2、和O2外,还有少量的CO 、H2、CmHn 等。

  此外,烟气中尚有微量SO3和NOx 它们都对环境造成污染。其中SO3还是低温腐蚀的主要因素。

  1 烟气成分对炉窑热效率的影响分析

  供给加热炉、锅炉等加热设备的燃料燃烧热并没有被全部利用。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,

  η= 1 -Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4

  Q 式中, η为炉窑热效率; Q 为供给炉子的热量,J ; Q 1 为炉子烟气(废气) 中过剩空气带走的物理热,J ; Q 2 为炉子烟气(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,J ; Q 3为炉子设备热损失(包括炉体散热、逸气损失、冷却水带走、热辐射等) ,J ;Q 4 为其他热损失,J 。

  热效率与烟气中的φ( CO) 、φ(O2 ) 、φ(CO2 ) 以及排烟温度、供热负荷、混合条件等因素有关。因此, 可通过测量并控制烟道气体中φ(CO) 、φ(O2 ) 、φ(CO2 ) 来调节空气系数λ, 来达到最高炉子热效率。

  燃烧控制由来已久, 上世纪60 年代, 曾广泛采用CO2 分析仪监测烟道气体中φ(CO2 ) 来控制空气系数λ以达到最佳, 但φ(CO2 ) 受燃料品种影响较大。上世纪70 年代后, 逐渐采用烟气中φ(CO2 ) 或φ(CO) 和φ(O2 ) 相结合的方法来控制燃烧状况。

  改善燃烧状况最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φ(O2 ) 和φ(CO) ,调节助燃空气和燃料的流量, 确定最佳的空气系数。

  2 烟气成分分析装置工作原理

  无论采取何种方式控制燃烧状况, 快速、准确的测量烟气中φ(O2 ) 和φ(CO) 都是实现最佳燃烧的前提条件。因此, 这里介绍一些典型的烟气分析仪器的工作原理。

  烟气分析仪

  烟气分析仪(或燃烧效率测定仪) 是炉窑烟道气体抽气采样并自动进行成分分析的仪表, 分为在线监测式和便携式。一般可以测量分析烟气中的φ(CO) 、φ(O2 ) 、φ(NOX ) 、φ(SO2 ) 等气体, 以及烟气温度、压力等, 并通过计算获得φ(CO2 ) 、空气系数、烟气露点、燃烧效率、排烟热损失、烟气流量等热工参数。烟气分析仪中一般安装多个传感器, 分为电化学传感器和红外传感器。电化学传感器测量原理是将待测气体经过除尘、去湿后进入传感器室, 经由渗透膜进入电解槽, 使在电解液中被扩散吸收的气体在规定的氧化电位下进行电位电解, 根据耗用的电解电流求出其气体的浓度。红外传感器主要由红外光源、红外吸收池、红外接收器、气体管路、温度传感器等组成。它是利用各种元素对某个特定波长的吸收原理, 当被测气体进入红外吸收池后会对红外光有不同程度的吸收, 从而计算出气体含量。红外传感器具有抗中毒性好、量程范围广、反应灵敏等特点。烟气分析仪利用测量得到的φ(O2 ) 、φ(CO)等数据可计算得到相应的热工参数。

  其计算公式如下。

  CO2 :φ(CO2 ) = φ(CO2 ) max ·(1 -O221. 0) ,空气系数: λ=21. 021. 0 - O2 , 排烟热损失:Loss = T gas - T air · A 1φ(CO2 ) + B ,

  燃烧效率:η= 100 - Loss ,这里, A 1 =(V dry ) min ·C p ,m ·CO2max H u ·CO2

  3. 烟气成分分析在炉窑燃烧状况改善中的应用

  烟气分析仪一般可测量和显示O2 、CO 、。CO2 、NO X 、SO2 等气体成分以及烟气温度、压力、烟气黑度和燃烧效率、空气系数等, 并可扩展其他气体成分的测试, 是热工研究和燃烧控制的良好工具。

  4. 结 语

  烟气成分分析装置已经成为控制炉窑燃烧和运行不可缺少的重要设备, 正确使用它并通过它合理调节炉窑热工操作参数, 将收到以下效果。

  (1) 节约能源。减少助燃空气量和排风量, 节省通风机动力费用。减少烟气中过量空气带走的热量损失, 达到节能的目的。或减少过量燃烧供给量, 直接实现节约燃料。

  (2) 减少环境污染。减少NO X 、SO2 等污染物的排放。

  (3) 提高产品质量。控制烟气残氧量可减少钢坯氧化烧损, 提高企业经济效益。

  (4) 延长炉窑使用寿命。

  我国有数10 万台中小型工业锅炉和加热炉, 我国的发电煤耗和吨钢能耗都与国际先进水平有一定差距, 若能采用烟气分析仪器等自动控制手段, 对有关燃烧参数进行准确、及时的在线监测, 以便实现人工调节或自动控制, 使炉窑热效率达到较高或者最高, 将带来巨大的经济效益和社会效益。烟气在线监测系统找西安绿槐科技。

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