然氣鍋爐運行時煙氣含氧量重要性及調(diào)整方法

1、然氣鍋爐運行時煙氣含氧量重要性及調(diào)整方法-北京市左家莊供熱廠和方莊供熱廠97年煤爐改燃氣爐后的試運行情況分析王鋼鄭斌賀平一、理想燃燒1.天然氣的主要成份（1）方莊97年12月15日北京電力科學(xué)研究院化驗（當(dāng)時主要是華北油田的 氣）結(jié)果。表（一）70ft 名稱二氧化碳甲烷乙烷丙烷止烷異丁烷下戊烷異戊烷八噪 以上低位發(fā) 熱量兒系 符號COCH4C2H6GH10GHLC4HoC5H2C5H2C>6Qgdw含量 %1.4285.298.322.990.750.580.190.230.329480 kcal/Nm 3（2）左熱98年1月12日北京市技術(shù)監(jiān)督局節(jié)能監(jiān)測站化驗（陜甘寧氣已到京） 結(jié)果。

2、表（二）兒系名稱甲烷氫氣氧氣氮氣一氧化碳二氧化碳重碳氧化全物低位發(fā) 熱量兒系符號CHH2OCOCOCmHnQgdw含量 %901.20.43.401.23.883803kcal/Nm由以上化驗的結(jié)果可得如下結(jié)論：a.天然氣的主要成份是烷姓（在方莊化驗占了 98%多，左熱化驗占了約 94%）。b.天然氣中含量最大的是甲烷（CH4）,方莊占85.29%,左熱占90%。c. 今后在供天然氣正常的情況下， 我們主要使用的是“三北”氣。 故天然氣在燃燒時主要化學(xué)反應(yīng)式是：CH4 2O2=CO2 2H2O2. 天然氣完全燃燒所需的理論空氣量Vo方莊計算為10.7819Nm3/Nm3左熱計算為9.21Nm3

3、/Nm3一般可認為，1Nm的天然氣完全燃燒需要的理論空氣量約為10NrK二、實際空氣量和空氣過剩系數(shù)在實際燃燒中， 由于空氣和天然氣的混合很難達到理想的程度， 因此即使供給理論空氣量仍不能使天然氣完全燃燒， 必須多供給一些空氣才能使天然氣完全燃燒。在實際燃燒過程中所供的空氣量稱為實際空氣量，符號Va。實際空氣量與理論空氣量之比稱空氣過剩系數(shù)，符號 a =Va /V0O空氣過剩系數(shù)a：（可根據(jù)煙氣成份分析結(jié)果來計算）式中：Q、COffi RO分別是干煙氣中氧氣、一氧化碳和三原子氣體（CQ+ SO） 的容積百分比。21是空氣中氧的容積百分數(shù)（20.6 %勺21 %）在燃氣爐運行時，只要燃燒不是很壞

4、，CO是微量的，在計算a時可以忽略， 視其為零。上式可簡化為：79Q必須燒煤時，一般煙氣的含氧量都在 10%左右，故100(RQ+ Q + CO)-0.5CC02(CO 一般為零點零幾)所以 a =21/(21 Q)(2)在燒天然氣時，由于煙氣含氧量一般應(yīng)小于 4%,故不宜用此式簡算, 用 a=(100 RO2- 02)/(100 -RO2-4.76O2)計算。2 .左熱和方莊去年熱平衡測試的實例：煙氣測試數(shù)據(jù)見表三、表四。表三方莊97.12.5RO2O2COa用(2) 計算&數(shù)值(%10.477082.5341670.111.1231.137235表四左熱RO2O2COa用（2）計算

5、a刀一工況煙份103.370.00251.171.1990.3二工況煙份103.220.00311.161.1892.53 .燒天然氣鍋爐時a值的經(jīng)驗簡算式:從方莊97.12.5和左熱98.1.12三次熱平衡測試的煙氣分析中用式（3）算出 的數(shù)與用式（1）算出的數(shù)基本相等，可精確到0.01。三、鍋爐的熱平衡分析（燃氣鍋爐）1 .正平衡公式:式中：G鍋爐循環(huán)水量(kg/h)ics 鍋爐出水焓(kcal/h)ijs 鍋爐進水焓(kcal/h)B燃料耗量(Nm3/h)Ogdw-氣體燃料干燥基低位發(fā)熱值(kcal/Nm 3)在左熱和方熱兩廠鍋爐的DC繇統(tǒng)中，G ics、ijs、B已有瞬時值輸入, 只要

6、把測定的QgdW輸入，就可以隨時顯示鍋爐的效率。2 .反平衡公式：=100 q2 q3q4 q5q6 %式中： q2 排煙熱損失q3 氣體不完全燃燒熱損失q4 固體不完全燃燒熱損失q5 散熱熱損失q6 排渣熱損失3 . 方莊、左熱燃氣鍋爐反平衡測試結(jié)果及煙氣含氧量：通過方熱和左熱的三次反平衡測試分析， 我們可以看出， 只要燃氣爐是在正常運行，q4和q6為零，而q3如果當(dāng)參與燃燒的空氣量是充分的，也就是說O2值足夠大，也可視其為零。但也應(yīng)看出當(dāng)Q值增大時，q2也在增大，因此隨時保持燃氣爐的 O2 值適當(dāng)是保證燃氣爐效率的關(guān)鍵所在。4 . 積碳問題通過97年三臺改造的燃氣爐運行實踐，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)O2

7、值過小時也就是在燃 氣爐缺氧燃燒時，碳氫化合物在高溫下會產(chǎn)生裂解，生成氫氣和碳黑，從而造成 爐內(nèi)管壁，特別是尾部受熱面產(chǎn)生積碳。約在98年1月20日左右，室外氣溫明 顯升高，此時排煙溫度也開始明顯升高（兩廠均如此）。在2月24日這天，方莊 的1 #爐爐內(nèi)煙氣含氧量顯示0.350.65、排煙溫度210C, 2 #爐氧量顯示 1.351.80、排煙溫度184C。當(dāng)事后不久分別停爐對兩臺爐受熱面檢查時，發(fā) 現(xiàn)在爐膛內(nèi)上部的受熱面特別是尾部省煤器處產(chǎn)生積碳，而1#爐比2#爐積碳嚴重。與此同時，左熱廠也發(fā)生了此類的情況。由于受熱面積碳造成熱傳導(dǎo)差， 從而使排煙溫度升高，鍋爐的燃燒效率降低。根據(jù)經(jīng)驗，排煙

8、溫度每升高1025c鍋爐效率就會相應(yīng)下降約1%。同時由于缺氧燃燒使氣體不完全燃燒熱損失 q3也會增大，同樣使鍋爐效率下降。表五熱損失 名稱q2q3q4q5q6Q方莊數(shù)值4.71.89無1.71無0.534左熱一工況數(shù)值7.450.0001無1無3.37二工況數(shù)值8.05忽略無1無3.225 .空氣過量系數(shù)（a ）、鍋爐效率（刀）以及排煙熱損失（q2）、氣體不完全燃 燒熱損失（q3）的關(guān)系圖（a、刀、q2、q3的關(guān)系圖）說明：（1）此曲線圖中“、q2、q3是定性趨勢分析得出的關(guān)系。（2） a及O2與“、q2、q3對應(yīng)的點是根據(jù)97年3臺改造的燃氣爐運行和 熱平衡測試結(jié)果定量趨勢分析得出的關(guān)系。（

9、3）燃氣爐正常運行時應(yīng)保持 a =1.11.5（02=2.13）（4）此曲線只針對左熱和方熱改造的燃氣爐；雙榆樹的鍋爐也必定遵守此曲線關(guān)系，但a值及02值肯定會比此曲線的值要小，估計a值在1.051.1之問，02值在1.12.1之間。通過以上分析，可以得出結(jié)論：a.燃氣爐在運行時要保證鍋爐的效率在90%左右就必須保證空氣過剩系數(shù)在1.11.15之間，即保證含氧量是在2%3%之間。b. a值的計算應(yīng)該用簡算公式（3）,可精確到0.01。C.特別要注意無論何時都要保證含氧量在 2%以上，即a值在1.1以上， 以確保燃氣爐燃燒時不會產(chǎn)生積碳。四、左熱、方熱燃氣爐運行時煙氣含氧量的控制方式和調(diào)整方法1

10、 .燃氣爐的氧量控制方式左熱、 方熱燃氣爐并不是標(biāo)準(zhǔn)的燃氣爐， 即不是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計配套的燃氣爐， 燃燒器和控制系統(tǒng)， 是由DHL 2500 16/150 熱水爐在設(shè)計容量不變的前提下， 只是去掉爐排后改造的；僅引進了德國扎克的SGZ 150 燃燒器和控制柜（ 有 3 臺97 年引進了芬蘭奧林的GT 25） 。 在控制方式上與國外配套引進的燃氣爐控制系統(tǒng)本質(zhì)區(qū)別就是煙氣含氧量沒有參與燃燒自動控制，只是作為一個非常重要的、可以控制的參數(shù)顯示。 與含氧量有關(guān)的控制回路實際有三個， 如圖： a. 燃燒自動控制； b. 送風(fēng)壓力自動控制； c. 爐膛壓力 （ 微負壓 ） 自動控制。(1) 燃燒自動控制。如上

11、圖所示，該系統(tǒng)全是國外引進的設(shè)備，由帶風(fēng)門的燃燒器，混合調(diào)節(jié)器，天然氣穩(wěn)壓、安全調(diào)節(jié)閥組，執(zhí)行器( 伺服電機 ) 以及帶有程序控制器的控制柜組成。 只是把鍋爐出水溫度T 作為該控制回路的主控參數(shù)輸入了程控器PLG屬單沖量調(diào)節(jié)。控制思路：出水溫度 ATT-PLC與溫度給定值比較并經(jīng)PID運算執(zhí)行 器-燃氣流量調(diào)節(jié)閥；同時混合調(diào)節(jié)器按合理的風(fēng)、氣比調(diào)節(jié)燃燒器風(fēng)門；-出水溫度ATJ。從而保證在天然氣與空氣合理配比燃燒下，即煙氣含氧量始終 控制在23%,而保證出水溫度始終穩(wěn)定在給定值。(2) 送風(fēng)壓力自動控制。如上圖所示，該系統(tǒng)是由送風(fēng)壓力變送器、送風(fēng)機風(fēng)門、執(zhí)行器和DCS8統(tǒng)組成(國產(chǎn))只把送風(fēng)壓力

12、作為主控參數(shù)，屬單沖量調(diào)節(jié)?？刂扑悸罚核惋L(fēng)壓力 APT-在DC繇統(tǒng)內(nèi)與送風(fēng)壓力2&定值比較后經(jīng) PID 運算，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換放大成標(biāo)準(zhǔn)信號(420mA戶執(zhí)行器送風(fēng)機風(fēng)門送風(fēng) 壓力APJ。從而保證送風(fēng)壓力始終穩(wěn)定在給定值。(3) 爐膛壓力自動控制。如上圖所示，該系統(tǒng)是由引風(fēng)壓力變送器、引風(fēng)機風(fēng)門、執(zhí)行器和國產(chǎn)的DCS8統(tǒng)組成，只是把爐膛壓力作為主控參數(shù)，而把穩(wěn)定 輸出的送風(fēng)壓力作為前饋參數(shù)，屬帶有送風(fēng)壓力作為前饋的單沖量調(diào)節(jié)?？刂扑悸罚籂t膛壓力 AP（420mA）T-在DCS!（統(tǒng)內(nèi)與爐膛壓力給定值比 較后經(jīng)PID運算，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換放大成標(biāo)準(zhǔn)信號（420mA戶執(zhí)行器引風(fēng)機風(fēng) 門；爐膛壓力A P

13、 J。從而保證爐膛壓力始終穩(wěn)定在給定值。（精確）在送風(fēng)壓力自動控制系統(tǒng)需重新設(shè)定送風(fēng)壓力給定值時：如送風(fēng)壓力APT （導(dǎo)致負壓變?。?在DC繇統(tǒng)內(nèi)進行前饋運算（比例運算），與經(jīng)PID運算 后的爐膛壓力AP比較，經(jīng)轉(zhuǎn)換放大-執(zhí)行器T-引風(fēng)機風(fēng)門（等至負壓增 大）T f爐膛壓力A P變化不大（粗調(diào)）。以上三種控制回路在燃氣爐正常運行時均屬給定值恒值調(diào)節(jié)。2. 煙氣含氧量的調(diào)整左熱、 方熱的燃氣爐由于改造配套時間限制， 資金困難等原因， 在燃燒控制上并不是很完善的， 最起碼煙氣含氧量就沒有介入燃燒自動控制。 另外送風(fēng)溫度補償也沒有， 因此在鍋爐投入運行時， 煙氣含氧量的調(diào)整實際是指兩項調(diào)整內(nèi)容：a.

14、 新燃燒器投入運行時含氧量的調(diào)整。 b. 鍋爐在運行過程中含氧量的調(diào)整。（1） 新燃燒透運時含氧量的調(diào)整。進口燃燒器對送風(fēng)壓力有著嚴格的要求，燃燒器入口風(fēng)壓必須限定在某一固定的數(shù)值（如不小于25mbar的某一數(shù)值），并配合燃燒器入口天然氣壓力也限定在某一固定壓力 （ 如不大于300mbar 的某一數(shù)值） 的前提下， 按外商所要求的調(diào)試程度對燃燒器從1/10 負荷到滿負荷燃燒過程中的若干點 （10 個） ，分別通過反復(fù)調(diào)整混合調(diào)節(jié)器，用煙氣分析儀測出煙氣中最合理的氧量、一氧化碳、二氧化碳，從而實現(xiàn)燃燒器不在同負荷時，煙氣中空氣過剩系數(shù)都適量的最佳燃燒（ 具體調(diào)試步驟不詳述 ） 。因此燃燒器初步調(diào)

15、試前，首先應(yīng)把送風(fēng)自動和爐膛壓力自動兩系統(tǒng)正常投入運行。這一調(diào)整過程一旦完成， 在以后的運行過程中就不需再行調(diào)整， 但在天然氣的成份有了較大的變化時或燃燒器大修， 送、 引風(fēng)機更新后， 仍需按此程序調(diào)整。（2） 鍋爐在運行過程中含氧量的調(diào)整。在三個自動控制回路都正常投入的情況下，在整個供暖季中，煙氣含氧量仍會發(fā)生變化，偏離規(guī)定值范圍。如果不及時調(diào)整送、引風(fēng)就會造成缺氧或過氧燃燒，從而造成受熱面積碳，排煙熱損失q2 明顯增加等，使鍋爐效率明顯降低。造成含氧量變化的主要原因有兩個：一個是室外溫度的變化大而使送風(fēng)溫度變化大， 在送風(fēng)壓力不變的情況下， 由于空氣密度發(fā)生了較大的變化而使送入爐膛的實際空氣量，即氧氣量發(fā)生了較大變化。燃燒時反映最及時的煙氣含氧量發(fā)生了較大變化（大于或小于23%）,如左熱、方熱98 年 2 月燃氣爐造成積碳就是這一原因。另一個是天然氣成份變化較大， 低位發(fā)熱量變化較大， 對空氣量提出了新的要求時， 也會反映在煙氣含氧的變化上，但主要是第一個原因。在氧量變化不大，如略大于3或略小于2時，只要微微修改一下爐膛負壓自控的給定值， 改變一下爐膛負壓就可以使