煙氣分析儀如何幫助提高天然氣鍋爐的燃燒效率

所謂提高燃燒效率，就是要適量的天然氣與適量的空氣組成合適比例進行燃燒。因為空氣中有79%的N2，這些N2不參加燃燒，但在燃燒過程中被加熱，吸取能量后從煙道中被排到大氣中去。即為了使空氣中20.9%的O2參與燃燒，必須要加熱比O2多將近4倍的N2，然后將其放掉。這些能量的損耗是不可避免的，但卻可以減到低的程度。如果能在保證天然氣充分燃耗的前提下盡可能的減少空氣的輸入量，則這種形式的損耗將減至低。但空氣量的減少必須保證天然氣充分燃燒的前提下，否則由于天然氣未充分燃燒的能量損失也是十分巨大的。因此，保證天然氣充分燃燒，合理控制空氣輸入量，有效提高天然氣燃燒效率對提高鍋爐運行的經濟性意義重大。

一、影響天然氣鍋爐燃燒效率的因素

天然氣燃燒效率直觀體現在鍋爐熱效率上，天然氣燃燒效率越高，鍋爐熱效率也越高。鍋爐根據GB/T15317-2009《燃煤工業鍋爐節能監測方法》、GB/T10820-2011《生活鍋爐熱效率及熱工實驗方法》與GB/T10180-2017《工業鍋爐熱工性能試驗規程》三大標準可知，天然氣鍋爐節能監測項目主要包括：鍋爐熱效率、過量空氣系數、排煙處CO含量和排煙溫度等。其中，鍋爐熱效率與過量空氣系數、排煙處CO含量、排煙溫度有著密切關系。

1、過量空氣系數

不同類型的鍋爐，都有一個過量空氣系數，但實際上幾乎所有的爐子都超過設計值。過量空氣系數過大或過小都會產生不良后果，過大會導致煙氣體積增大，爐膛溫度降低，增加排煙熱損失，熱效率降低；過小會使天然氣燃燒不充分，產生大量CO，污染環境，同時也增大了不*燃燒熱損失?？梢哉f過量空氣系數的大小直接影響天然氣鍋爐的熱工性能，即鍋爐熱效率。一般過量空氣系數控制在1.05~1.20之間。

2、排煙處CO含量

煙氣中CO是由于天然氣不*燃燒與過量空氣量少產生的，天然氣不*燃燒容易產生炭黑，長期積累會影響鍋爐的熱傳遞，降低鍋爐的熱效率，對鍋爐本身造成損壞。CO含量越高，則表明天然氣燃燒效率越低，過量空氣量越少，鍋爐熱效率越低。DB11/T1231-2015《燃氣工業鍋爐節能監測方法》和DB37/T846-2007《燃氣工業鍋爐節能監測方法》分別規定了CO含量不得超過0.01%與0.02%。

3、排煙溫度

造成鍋爐熱效率偏低的另一原因是排煙熱損失。排煙熱損失是鍋爐的主要熱損失之一，可達10%~20%，而排煙熱損失主要取決于排煙溫度和過量空氣系數的大小。排煙溫度越高，排煙處煙氣焓越高，排煙熱損失越大，鍋爐熱效率就越低。

因此，要提高天然氣燃燒效率，即提高鍋爐熱效率（以少的天然氣獲得高的熱量），就是要控制好過量空氣系數、監測排煙處CO含量及排煙溫度。

二、提高天然氣鍋爐燃燒效率的方法

1、煙氣成分監測

上世紀60年代，曾廣泛采用CO2分析儀監測煙道氣體中CO2來控制過量空氣以實現有效率的燃燒，但CO2受燃氣品種影響較大。上世紀70年代后，逐漸采用檢測煙氣中CO2或CO和O2相結合的方法來控制燃燒狀況。因此，改善燃燒狀況直接的方法就是使用煙氣分析儀器（如燃燒效率分析儀、煙氣分析儀等）監測排煙處氣體成分，通過測量并控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來調節過量空氣系數，達到天然氣燃燒效率大化的目的。

根據DB11/T1231-2015《燃氣工業鍋爐節能監測方法》和DB37/T846-2007《燃氣工業鍋爐節能監測方法》可知排煙處過量空氣系數計算方法為公式（1）：

式中：α——排煙處過量空氣系數；RO2——排煙處干燃燒產物三原子氣體容積含量（%）；O2——排煙處干燃燒產物氧含量（%）；CO——排煙處干燃燒產物一氧化碳含量（%）。

因天然氣熱值較高，雜質較少，不*燃燒情況不多，通常認為產生的CO含量少，可將公式（1）簡化成公式（2）：

式中：CO2——排煙處干燃燒產物二氧化碳含量（%）

綜上所述，測量煙氣中O2、CO、CO2氣體體積濃度，可計算出過量空氣系數。根據標準，一般采用奧式分析儀或燃燒效率分析儀可測量煙氣成分并計算出過量空氣系數。

燃燒效率分析儀可抽取煙道氣體并自動分析其成分，計算得到爐內的過?？諝庀禂担▽嶋H燃燒空氣量與理論燃燒空氣量的比值）或燃燒效率（燃料燃燒后實際放出的熱量占其*燃燒后放出的熱量的比值）。燃燒效率分析儀中一般安裝多個傳感器，傳感器根據測量原理不同分為電化學和紅外兩種。

電化學傳感器由于結構簡單，體積小巧，使用成本低等優點，大多數燃燒效率分析儀采用該原理的傳感器，分別測量CO和O2，計算得到CO2，空氣過量系數等其他熱工參數。但在實際使用過程中，由于不同爐體煙道壓力的不同，經常導致分析儀的取樣流量不同或波動，電化學傳感器易受到采樣流量的影響，從而降低了測量精度；其次煙道排放氣體中還存在SO2、NOx等其他氣體，會對CO測量產生交叉干擾，影響CO與CO2測量準確度，甚至是過量空氣系數的計算。

相較于電化學傳感器，紅外傳感器具有抗干擾性好、不受取樣流量影響、壽命長等優點，且紅外傳感器可同時實現CO、CO2測量，需要時還可擴展測量SO2、NOx等氣體含量，為燃料燃燒提供更多的參考依據。同時紅外傳感器還具有靈敏度高，精度高，量程范圍廣等優點，這些特點均有利于實現燃燒的控制。綜合以上原因，銳意自控基于自主知識產權氣體傳感器硬件及軟件核心技術，針對天然氣鍋爐實驗驗收與運行調控需求，專門設計出了一款燃燒效率分析儀Gasboard-3400(P)，并在電力、鋼鐵、有色金屬、煤化工、石油化工、空分、節能環保部門、科研院校等領域獲得了廣泛應用。

Gasboard-3400(P)采用非分光紅外氣體分析技術及長壽命電化學傳感器技術，可同時測量CO、CO2與O2等氣體的體積濃度，并計算得出過量空氣系數。此外，天然氣鍋爐廠家或用戶還可根據鍋爐實驗驗收或運行調控需求選擇在線型或便攜型產品。相較于奧式分析儀的低精度檢測、慢響應速度及繁瑣的操作流程、較高的耗材成本，具有測量精度高、響應速度快、操作簡單、性價比高等不可比擬的優勢。

2、排煙溫度測量

排煙溫度高，排煙熱損失大，鍋爐效率下降。排煙溫度每上升1℃，鍋爐效率下降0.05%-0.06%。在為了降低排煙溫度，減少運行中天然氣鍋爐的排煙熱損失，應在滿足燃燒反應所需空氣的前提下盡量保持較低的空氣系數，盡可能避免燃料室及各部分煙道的漏風，以降低排煙熱損失。然而排煙溫度不是越低越好，因為太低的排煙溫度勢必要增加鍋爐爐尾部受熱面，這是不經濟的；同時還會增加通風阻力，增加引風機的電耗；此外，過低的排煙溫度，若低于煙氣露點以下，將會引起受熱面的腐蝕，危機鍋爐的安全運行。因此，需要合理測量并控制排煙溫度。Gasboard-3400(P)除可測量煙氣成分并計算得出過量空氣系數外，還可同時測量0℃~1200℃范圍內的排煙溫度，為調節天然氣鍋爐燃燒工況提供合理依據。

燃燒效率分析儀已經成為優化天然氣鍋爐燃燒和運行*的重要設備。正確使用它并通過它合理調節天然氣熱工參數，可實現節約能源，減少助燃空氣量和排風量，節省通風機動力費用，減少煙氣中過量空氣帶走的熱量損失，減少過量燃燒供給量；降低環境污染，減少NOx、SO2等污染物的排放；延長燃燒裝置使用壽命等效益。

（來源：工業過程氣體監測技術）