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    德圖煙氣分析儀提高工業窯爐燃燒效率的意義及應用
    瀏覽: 發布日期:2011-06-10

     

    隨著人們環保和節能意識的逐漸提高,眾多大中型企業如鋼鐵冶金、石油化工、火力發電廠、水泥、玻璃制造業等,已將提高燃燒效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保護環境等作為提高產品質量和增強產品競爭能力的重要途徑。鋼鐵行業的軋鋼加熱爐、電力行業的鍋爐等燃燒裝置和熱工設備,是各行業的能源消耗大戶。因此,如何測量和提高燃燒裝置的燃燒效率、確定最佳燃燒點,是十分令人關心的。
    中新社北京二00五年十二月十七日電
    中國經濟信息明年起中國將公布GDP能耗指標
    中國將從二00六年起實施GDP能耗指標公報制度。來自國家發改委的消息說,萬元GDP能耗、萬元GDP能耗降低率等重要能耗指標將定期向社會公布。“十一五”規劃建議首次明確提出了單位GDP能耗下降指標,要求到二0一0年單位國內生產總值(GDP)能源消耗比“十五”期末降低二成左右。這意味著,今后五年年均能耗將下降百分之四左右。
    新華社北京二00五年119日電 
    根據未來五年我國經濟社會發展的趨勢和條件,提出了“十一五”時期的主要發展目標。其中包括兩個重要的數量目標:一是人均國內生產總值2010年比2000年翻一番;二是單位國內生產總值能源消耗比“十五”期末降低20%左右。后一指標的具體含義是,按可比價計算的每萬元國內生產總值的能源消耗量,以噸標準煤作為單位。在僅有的兩個數量指標中,就包括能源消耗指標,充分說明這一目標在“十一五”發展中的重要性。
    第一,明確提出降低能源消耗的目標,是建設資源節約型社會、實現可持續發展的需要。近年來我國經濟持續較快增長,同時能源資源消耗也明顯擴大,甚至超過了經濟增長速度。2001年~2004年,我國國內生產總值年均增長8.7%,而能源消費年均增長10.9%,能源消費彈性系數(能源消費增長速度與國內生產總值增長速度之比)達到1.3,這是改革開放以來能源彈性系數最高的時期。在進入21世紀之前的20多年能源彈性系數都低于1。電力彈性系數也是如此。1978年至2000年,我國國內生產總值增長6.4倍,平均每年增長9.5%,同期發電量從2566億千瓦時增加到13556億千瓦時,平均每年增長7.9%;2001年至2004年國內生產總值平均增長8.7%,到2004年發電量增加到21870億千瓦時,2001年至2004年平均增長12.7%。據此,1979年至2000年的電力彈性系數為0.83,而2001年至2004年的電力彈性系數達到1.46,比過去20多年平均值上升了76%。如果今后能源資源消耗的增長速度繼續超過經濟增長速度,那么能源資源的供給條件是難以支撐的,經濟增長的目標是難以實現的,社會是難以承受的。只有下決心降低能源資源消耗,加快建設資源節約型社會,才能保障經濟的可持續發展。
    第二,降低能源消耗的任務很艱巨,潛力也很大。改革開放以來我國能源利用效率有所提高,但還不夠明顯。2003年、2004年我國能源消費增長速度均高于15%,而經濟增長速度均為9.5%,單位國內生產總值能耗呈現上升趨勢。2005年的能耗增長速度也高于經濟增長速度。例如,我國單位產出能源消耗大大高于發達國家和世界平均水平。據計算,2003年,我國單位國內生產總值的能源消耗比世界平均水平高2.2倍,比美國高2.3倍,比歐盟高4.5倍,比日本高8倍,比印度還高0.3倍。目前我國的一次能源消費相當于美國的60%,但經濟總量僅相當于美國的比例不到15%。理論上講,如果我國的能源利用效率達到世界平均水平,那么在現有基礎上不用再增加能源消耗,也可以實現經濟總量翻番。按照五年能耗降低20%計算,平均每年降低約4%,在現有偏高的能源消耗基礎上,經過努力,這一能耗降低目標是有可能達到的。    
     第三,降低能源消耗的主要途徑是加快科技進步、優化經濟結構和加強節能管理。要堅持開源與節流并舉、節約優先的方針,綜合運用經濟、法律、技術和必要的行政手段,促進節能降耗。
    企業追求的是創造更多的價值,意味著要重視“開源節流”,哪如何降低企業的生產成本就是“節流”的重中之中了。
    目前工業領域考慮節能、環保主要是提高工業窯爐熱效率,且主要的途徑如下:
    (1)選擇合理的爐型及爐膛結構,保證燃燒狀態最佳,熱損失最少。
    (2)改進燃燒工藝及燃燒裝置,有利于控制調整空氣過剩系數,提高燃燒效率,使不完全燃燒損失與排煙熱損失最小。
    (3)采用優質耐火材料,減少爐體蓄熱,散熱及水冷件吸熱等熱損失。
    (4)加強余熱回收利用。
    (6)采用先進熱工技術及熱工工藝。
    (5)加強爐窯熱工管理、熱工控制,提高操作水平。
    以上幾種方法中可以說在實際工作中最簡單易行的就是最后一項:加強爐窯熱工管理、熱工控制,提高操作水平,由此可見煙氣(熱效率)分析儀的應用意義重大。
     
    德圖(TESTO)公司和煙氣分析儀
    德圖公司自 1957年成立以來,致力于便攜式電子測量儀器的研發、制造與銷售,在全球的銷售點分布于58個國家與地區,不僅為各行各業提供完整的測量方案,而且為各級標準實驗室提供最專業的測量及校準服務,多年以來累積了豐富的測量經驗與解決方案,在測量技術的專業領域中擁有著極高的聲譽。
    德圖公司制造的便攜式測量儀器, 主要的測量參數包括:溫度、濕度、壓力、風速、轉速、照度、噪聲、水活性、 pH 值、電導率、煙氣 (CO,O2 ,CO2,NO,NO2 ,NOx ,SO2 ,HC,H2S,H2O等含量 ) 等。德圖儀器 不僅為國內外各大研究機構、國家級實驗室采用,同時也是包括 IBM、英特爾(INTEL)、AT&T等國際企業優先采用的檢測設備之一;更贏得包括德、美、日、韓、法等國家實驗室的認可,以及歐盟(EU)和ISO 9001的國際認證。
    德圖(TESTO)煙氣分析儀(或燃燒效率測定儀)在節能及環保方面的應用:
    通過測量煙氣中的O2、CO等參數,計算:過??諝庀禂?,從而 確定最佳燃燒效率點
        供給加熱爐、鍋爐等加熱設備的燃料燃燒熱并不是全部被利用了。以軋鋼加熱爐或鍋爐為例,有效熱是為了使物料加熱或熔化(以及工藝過程的進行)所必須傳入的熱量。爐子煙氣帶走的物理熱是熱損失中主要部分。
    當鼓風量過大時(即空燃比α偏大),雖然能使燃料充分燃燒,但煙氣中過??諝饬科?,表現為煙氣中O2含量高,過??諝鈳ё叩臒釗p失Q1值增大,導致熱效率η偏低。與此同時,過量的氧氣會與燃料中的S、煙氣中的N2反應生成SO2、NOX等有害物質。而對于軋鋼加熱爐,煙氣中氧含量過高還會導致鋼坯氧化鐵皮增厚,增加氧化燒損。
        當鼓風量偏低時(即空燃比α減小),表現為煙氣中O2含量低,CO含量高,雖說排煙熱損失小,但燃料沒有完全燃燒,熱損失Q2增大,熱效率η也將降低。另外,煙囪也會冒黑煙而污染環境。    
        
    提高燃燒效率最直接的方法就是使用煙氣分析儀器(如煙氣分析儀、燃燒效率測定儀、氧化鋯氧含量檢測儀)定期或連續監測煙道氣體成分,分析煙氣中O2含量和CO含量,調節助燃空氣和燃料的流量,確定最佳的空氣消耗系數。
        所以,想全面、準確地了解一臺鍋(窯)爐的燃燒狀況,僅僅測量SO2、NOX等參數是不夠的,同時還要測量出O2及由O2計算的過??諝庀禂?,然后把SO2、NOX等參數進行折算,這樣的結果才能符合國標的要求。
    由上文可知,熱效率與煙氣中的CO、O2、CO2含量以及排煙溫度、供熱負荷、霧化條件等因素有關。因此,可通過測量并控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來調節空氣過剩系數λ,來達到最高燃燒效率。
        燃燒效率控制由來已久,上世紀60年代,曾廣泛采用CO2分析儀監測煙道氣體中CO2含量來控制空氣消耗系數λ以達到最佳,但CO2含量受燃料品種影響較大。70年代后,逐漸采用煙氣中O2含量或O2含量和CO含量相結合的方法來控制燃燒效率。
    無論采取何種方式控制燃燒效率,快速、準確的測量煙氣中O2含量和CO含量都是實現最佳燃燒的前提條件。所謂提高燃燒效率,就是要適量的燃料與適量的空氣組成最佳比例進行燃燒。因此,這里介紹一些典型的煙氣分析儀器應用。
        煙氣分析儀是抽氣采樣爐窯煙道氣體并自動進行成分分析的儀表,分為在線監測式和便攜式。一般可以測量分析煙氣中的CO、O2、NOX、SO2等氣體含量,以及煙氣溫度、壓力、環境溫度等,并通過計算獲得CO2含量、過??諝庀禂?、煙氣露點、燃燒效率、排煙熱損失、煙氣流量等熱工參數。
        煙氣分析儀中一般安裝多個傳感器,分為電化學傳感器和紅外傳感器。電化學傳感器測量原理是將待測氣體經過除塵、去濕后進入傳感器室,經由滲透膜進入電解槽,使在電解液中被擴散吸收的氣體在規定的氧化電位下進行電位電解,根據耗用的電解電流求出其氣體的濃度。
        紅外傳感器主要由紅外光源、紅外吸收池、紅外接收器、氣體管路、溫度傳感器等組成。它是利用各種元素對某個特定波長的吸收原理,當被測氣體進入紅外吸收池后會對紅外光有不同程度的吸收,從而計算出氣體含量。紅外傳感器具有抗中毒性好、量程范圍廣、反應靈敏等特點。
        煙氣分析儀利用測量得到的O2、CO含量等數據可計算得到相應的熱工參數:CO2含量,空氣過剩系數,排煙熱損失,燃燒效率,空氣過剩系數等等 。
        煙氣分析儀器應用領域十分廣泛,例如:(1)熱電廠循環流化床鍋爐用于燃燒控制室的煙道氣體監測;(2)鋼鐵廠軋鋼加熱爐用于解決降低氧化燒損或脫碳層厚度時的爐氣氣氛檢測;(3)全氫熱處理爐用于檢測輻射管是否燒穿漏氣(4)研制新型燃燒器(蓄熱式、低NOX式、輻射管式)時用于燃燒器結構尺寸的設計研究;(5)汽車尾氣排放檢測;(6)其他環境保護監測項目。
        國內外煙氣分析儀器產品眾多,性能特點也參差不齊。其中,TESTO環保測量技術公司出品的煙氣分析儀種類齊全、性能優良,占據了國內較大市場份額。便攜式煙氣分析儀主要有TESTO330系列、TESTO335系列、TESTO350系列,在線式煙氣監測系統有TESTO360等都是是熱工研究和燃燒控制的有力武器。
    煙氣連續監測的應用
    ①環保項目驗收,環境影響評價
        企業在鍋(窯)爐或脫硫裝置的安裝、改造后,都要經過環境監測部門的驗收。這種情況下,監測站的工作人員需要在現場,長時間監測鍋(窯)爐在不同負荷下的數據,才可以全面地評價整個鍋(窯)爐或脫硫裝置的性能與使用狀況。
    ②在線儀器比對
        固定的在線儀器需要定期進行校準,環保部門也要對各企業安裝的在線儀器測量數據的準確性進行評價。Testo350xl/Testo360綜合煙氣分析系統可以在現場連續工作十幾小時甚至幾天,從而對在線儀器的精度提供參照。
    ③脫硫、脫氮催化實驗
        現在,從事脫硫脫氮催化研究的高校和科研單位很多,催化裝置反應過程時間較長,TESTO350和360在長時間監測的同時通過軟件顯示出煙氣在經過催化前后全程的變化情況,為用戶了解脫硫脫氮效率提供了依據。
    隨著環境污染問題的日益突出,努力提高鍋爐燃燒效率,以求找到“最清潔”的燃燒技術,最大限度減少的煙氣排放量,保護好我們的生存的綠色環境,是智能燃燒監測控制的目的之一。鍋爐(工業窯爐)節能行業并非是個新興行業,并且隨著中國節能市場的不斷增長,一些同類產品也開始這個充滿誘惑的市場。面對如此激烈的競爭,我們非常自信,這種信心來自于德國德圖公司多年來的技術優勢。
      
    結束語
    煙氣分析儀已經成為控制爐窯燃燒和運行不可缺少的重要設備,從消耗能源的費用支出比例來計算煙氣分析儀的價格顯然是微不足道的。正確使用它并通過它合理調節爐窯熱工操作參數,將收到以下效果:
    (1)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,達到節能的目的?;驕p少過量燃燒供給量,直接實現節約燃料。
    (2)減少環境污染。減少NOX、SO2等污染物的排放。
    (3)提高產品質量??刂茻煔鈿堁趿靠蓽p少鋼坯氧化燒損,提高企業經濟效益。
    (4)延長爐窯使用壽命。
        我國有數十萬臺中小型工業鍋爐和加熱爐,我國的發電煤耗和噸鋼能耗都與國際先進水平有一定差距,若能采用煙氣分析儀器等監測手段,對有關燃燒參數進行在線、及時、準確的監測,以便實現人工調節或自動控制,使燃燒效率達到最高(或者較高),將給社會帶來巨大的經濟效益和社會效益。
     
     
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