浅谈氧量计测量在电厂节能与环保中的应用

2019-02-25

应用能源技术 2019年5期

(鸡西矿业有限责任公司节能环保部，黑龙江鸡西 158100)

0 引言

近年来由于煤炭行业矿难频发，国家加大了对煤矿的整顿力度，随着鸡西矿区周围低产小煤矿的关停，煤炭供应日趋紧张。但在人们的实际生活中，电厂在运行过程中消耗了大量的煤炭，如何最大程度的节约煤炭资源就成了中心问题。该如何降低电厂对煤炭的使用率从而使电厂达到节能环保的目标就需要进行大量的研究和实践。提升电厂锅炉的燃烧效率，就须对燃煤锅炉进行升级改进，并准确监测锅炉中各种参数值的变化，从而从根本上实现最优化燃烧。锅炉中含氧量相比其他参数而言较易调节，运行的范围也较广泛，且在锅炉中含氧量发生变化时，还会对锅炉的烟气量带来变化，改变其他参数值。因而如何有效地控制锅炉中的含氧量，对电厂的节能和环保目标来说具有十分重要的意义。

1 氧量计测量仪的应用背景

测量烟气中含氧量的仪表被叫做氧量计，氧分析仪通常情况下分为热磁式和氧化锆式两种，文中主要分析的是氧化锆式氧量分析仪。在电厂锅炉工作过程中，其燃料在燃烧过程中所产生的热量并没有被完全利用。针对锅炉燃烧进行分析得知，有效热量就是使得物料在加热过程中一定要传入的热量，锅炉烟气所带走的部分热量则是热量损失中的很大一部分。若是鼓风量过大，虽能使锅炉中的燃料可以充分燃烧，但是也会增加烟气中的空气含量，使得烟气中氧气的含量过高，这时剩余的空气就会增加锅炉的热损失，降低锅炉的燃烧效率。另外，过剩的氧气还会和燃料中的硫以及烟气中的二氧化硫、氮气等物质发生反应，产生有毒物质。若是鼓风量过低，就会使得烟气中的氧气的含量大大降低，一氧化碳的含量增加，虽然这样烟气的热量损失能降到最低，但是此时锅炉中的燃料并没有完全燃烧，就会增加锅炉的热损失，降低锅炉的热效率，同时也会对大气环境造成污染。

20世纪60年代，人们就曾采用二氧化碳分析仪来测量烟气中二氧化碳的含量从而有效控制空气中的消耗系数来达到控制锅炉燃烧效率的目的，但由于不同的燃烧中二氧化碳的含量差异较大，无法取得理想的效果，因而在20世纪70年代之后，人们就逐渐采用测量烟气中氧气含量的方法来有效控制锅炉的燃烧效率。提升锅炉燃烧效率最为直接的方法就是采用烟气分析仪来对烟气中气体的成分进行随时监测，继而有效分析烟气中一氧化碳和氧气的含量值，不断调节燃料和空气的比例，最终有效提升锅炉的燃烧效率。

2 氧量测量的理论基础

首先如果要进行氧量测量就必须有测量仪器，一般用来测量燃煤锅炉内氧量的测量仪器是氧化锆传感器。在电厂工作运行中, 所有的氧化锆传感器都由以下基本原理进行，传感器中的电池是由固态氧化锆电解质与两个铂电极而组成的。铂电极在氧化锆陶瓷片的两侧进行燃烧, 并将烧煤材料进行脱硫, 做到低氮燃烧技术, 从而暴露在被测量的气体中。氧化锆是一种陶瓷, 它本身具有离子导电性, 在温度达到1 150 ℃时, 氧化锆就会由原先的晶体转变成全新的立方晶体型, 此时会有约7%的体积发生收缩，氧化锆还会随着温度的降低变回单斜晶体。氧化锆在经过反复的加热与冷却之后就会爆裂, 正因如此, 氧化锆传感器在制造过程中不可以采用任何的纯净氧化锆作为对氧量测量的元件。在制造过程中需要在氧化锆内添加适量的氧化钙, 作为加热冷却过程中的稳定剂,只有这样才能保证其不会爆裂, 制作完成后经过不断的高温燃烧就会形成一种具有超强稳定性质的氧化锆材料。

在一般情况下，氧化锆传感器的工作温度都在300 ℃以上，此时氧离子会在氧化锆传感器中发生迁移，最后在氧化锆的传感器两侧就能实现电解质表面的氧化平衡。由此我们得知，提升正常工作中的温度就能有效改善传感器的性能。然而，由于高温也会破坏传感器的材料，针对这一原因，在工业生产过程中都将温度控制在700 ℃～800 ℃之间。

3 利用氧化锆分析监测仪监控电厂锅炉的燃烧过程

工业氧化锆分析仪在监测燃烧状态过程中得到了广泛的应用，并且在耗能行业以及燃烧设备中都发挥了十分重要的作用。在通常情况下，在氧气浓度为零、二氧化碳浓度值达到最大值时是燃烧过程中的最佳状态。在最佳的燃烧状态下，锅炉中燃料以及氧气的比例应完全符合理想中的比例。一般情况下，氧气中的主要成分为水和二氧化碳，此外还含有极少量的气体，例如氮氧化合物和二氧化硫等气体，这些气体主要来源于空气中的氮气被氧化，还有一部分来自燃料中的杂质燃烧所产生。针对电厂的运行效率进行分析，氧气的含量降低，就会使锅炉在燃烧过程中的排烟热以及送引分风能大大降低，同时也会增加那些未燃烧的灰碳损失，最终使得燃烧煤的含量增加；针对汽温和减温水进行分析后得知，这两种参数的情况较为复杂，其和锅炉在设计过程中的特性具有一定的联系，通常情况下，氧气的含量也就是机组煤在燃烧过程中耗煤量最低时进氧量的最佳控制值，并且这一值也会依据优化范围的不同而发生变化，在此过程中可尽量降低燃烧过程中涉及到的参数的数量，从而有效简化最佳状态下氧气含量的计算值。在通常情况下，氧气含量在0.75%～2%的含量值时，锅炉的燃烧效率最高。针对不同的烟气测量温度计算得知，氧气含量每降低1%，就能有效减少燃料的1%～3%。