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最佳比例進(jìn)行燃燒。因?yàn)榭諝庵杏?9%的N2，這些N2不參加燃燒，但在燃燒過(guò)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，但卻可以減到最低的程度。如果能在保證天然氣充分燃耗的前提下最大程度地減少空氣的輸入量，則這種形式的損耗將減至最低。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(duì)提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)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(jù)GB/T 15317-2009《燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》、GB/T 10820-2011《生活鍋爐熱效率及熱工實(shí)驗(yàn)方法》與GB/T 10180-2017《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》三大標(biāo)準(zhǔn)可知，天然氣鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：鍋爐熱效率、過(guò)量空氣系數(shù)、排煙處CO含量和排煙溫度等。其中，鍋爐熱效率與過(guò)量空氣系數(shù)、排煙處CO含量、排煙溫度有著密切關(guān)系。
1、過(guò)量空氣系數(shù)
不同類型的鍋爐，都有一個(gè)最佳過(guò)量空氣系數(shù)，但實(shí)際上幾乎所有的爐子都超過(guò)設(shè)計(jì)值。過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大或過(guò)小都會(huì)產(chǎn)生不良后果，過(guò)大會(huì)導(dǎo)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(guò)小會(huì)使天然氣燃燒不充分，產(chǎn)生大量CO，污染環(huán)境，同時(shí)也增大了不完全燃燒熱損失?？梢哉f(shuō)過(guò)量空氣系數(shù)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(guò)量空氣系數(shù)控制在1.05~1.20之間。
2、排煙處CO含量
煙氣中CO是由于天然氣不完全燃燒與過(guò)量空氣量少產(chǎn)生的，天然氣不完全燃燒容易產(chǎn)生炭黑，長(zhǎng)期積累會(huì)影響鍋爐的熱傳遞，降低鍋爐的熱效率，對(duì)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(guò)量空氣量越少，鍋爐熱效率越低。DB11/T 1231-2015《燃?xì)夤I(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》和DB37/T 846-2007《燃?xì)夤I(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》分別規(guī)定了CO含量不得超過(guò)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(dá)10%~20%，而排煙熱損失主要取決于排煙溫度和過(guò)量空氣系數(shù)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（以最少的天然氣獲得最高的熱量），就是要控制好過(guò)量空氣系數(shù)、監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)
上世紀(jì)60 年代，曾廣泛采用CO2分析儀監(jiān)測(cè)煙道氣體中CO2來(lái)控制過(guò)量空氣以實(shí)現(xiàn)最佳燃燒，但CO2受燃?xì)馄贩N影響較大。上世紀(jì)70 年代后，逐漸采用檢測(cè)煙氣中CO2或CO和O2相結(jié)合的方法來(lái)控制燃燒狀況。因此，改善燃燒狀況最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(jiān)測(cè)排煙處氣體成分，通過(guò)測(cè)量并控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)量空氣系數(shù)，達(dá)到天然氣燃燒效率最大化的目的。
測(cè)量煙氣中O2、CO、CO2氣體體積濃度，可計(jì)算出過(guò)量空氣系數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，一般采用奧式分析儀或燃燒效率分析儀可測(cè)量煙氣成分并計(jì)算出過(guò)量空氣系數(shù)。
燃燒效率分析儀可抽取煙道氣體并自動(dòng)分析其成分，計(jì)算得到爐內(nèi)的過(guò)剩空氣系數(shù)（實(shí)際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(shí)際放出的熱量占其完全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(gè)傳感器，傳感器根據(jù)測(cè)量原理不同分為電化學(xué)和紅外兩種。
電化學(xué)傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)燃燒效率分析儀采用該原理的傳感器，分別測(cè)量CO和O2，計(jì)算得到CO2，空氣過(guò)量系數(shù)等其他熱工參數(shù)。但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于不同爐體煙道壓力的不同，經(jīng)常導(dǎo)致分析儀的取樣流量不同或波動(dòng)，電化學(xué)傳感器易受到采樣流量的影響，從而降低了測(cè)量精度；其次煙道排放氣體中還存在SO2、NOx等其他氣體，會(huì)對(duì)CO測(cè)量產(chǎn)生交叉干擾，影響CO與CO2測(cè)量準(zhǔn)確度，甚至是過(guò)量空氣系數(shù)的計(jì)算。
相較于電化學(xué)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，且紅外傳感器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO、CO2測(cè)量，需要時(shí)還可擴(kuò)展測(cè)量SO2、NOx等氣體含量，為燃料燃燒提供更多的參考依據(jù)。同時(shí)紅外傳感器還具有靈敏度高，精度高，量程范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)均有利于實(shí)現(xiàn)燃燒的精準(zhǔn)控制。綜合以上原因，銳意自控基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)氣體傳感器硬件及軟件核心技術(shù)，針對(duì)天然氣鍋爐實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收與運(yùn)行調(diào)控需求，專門設(shè)計(jì)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(jié)能環(huán)保部門、科研院校等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
TY-6000系列采用非分光紅外氣體分析技術(shù)及長(zhǎng)壽命電化學(xué)傳感器技術(shù)，可同時(shí)測(cè)量CO、CO2與O2等氣體的體積濃度，并計(jì)算得出過(guò)量空氣系數(shù)。此外，天然氣鍋爐廠家或用戶還可根據(jù)鍋爐實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收或運(yùn)行調(diào)控需求選擇在線型或便攜型產(chǎn)品。相較于奧式分析儀的低精度檢測(cè)、慢響應(yīng)速度及繁瑣的操作流程、較高的耗材成本，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
2、排煙溫度測(cè)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(yùn)行中天然氣鍋爐的排煙熱損失，應(yīng)在滿足燃燒反應(yīng)所需空氣的前提下盡量保持較低的空氣系數(shù)，盡可能避免燃料室及各部分煙道的漏風(fēng)，以降低排煙熱損失。然而排煙溫度不是越低越好，因?yàn)樘偷呐艧煖囟葎?shì)必要增加鍋爐爐尾部受熱面，這是不經(jīng)濟(jì)的；同時(shí)還會(huì)增加通風(fēng)阻力，增加引風(fēng)機(jī)的電耗；此外，過(guò)低的排煙溫度，若低于煙氣露點(diǎn)以下，將會(huì)引起受熱面的腐蝕，危機(jī)鍋爐的安全運(yùn)行。因此，需要合理測(cè)量并控制排煙溫度。Gasboard-3400(P)除可測(cè)量煙氣成分并計(jì)算得出過(guò)量空氣系數(shù)外，還可同時(shí)測(cè)量0℃~1200℃范圍內(nèi)的排煙溫度，為調(diào)節(jié)天然氣鍋爐燃燒工況提供合理依據(jù)。
燃燒效率分析儀已經(jīng)成為優(yōu)化天然氣鍋爐燃燒和運(yùn)行不可缺少的重要設(shè)備。正確使用它并通過(guò)它合理調(diào)節(jié)天然氣熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，減少助燃空氣量和排風(fēng)量，節(jié)省通風(fēng)機(jī)動(dòng)力費(fèi)用，減少煙氣中過(guò)量空氣帶走的熱量損失，減少過(guò)量燃燒供給量；降低環(huán)境污染，減少NOx、SO2等污染物的排放；延長(zhǎng)燃燒裝置使用壽命等效益。
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