烟氧测量在火力发电厂中的应用.doc

烟氧测量在火力发电厂中的应用Application of Flue Gas Oxygen Measure in Fossil-fuel Power Plant天津国华盘山发电有限责任公司（天津蓟县 301900） 靳宝齐摘 要：主要讨论烟氧测量在火力发电厂中的必要性及使用情况，以及在节能、环保中所起的重要作用，并在实践中总结经验与业内人员共同探讨烟氧测量系统的改进与发展。关键词：火力发电厂；烟氧测量；节能；环保 中图分类号：TK31文献标识码：B文章编号：1003-9171（2005）增刊-0028-03火力发电厂是污染物排放较多的工厂，天津国华盘山发电有限责任公司（以下简称盘电）的发电机组为燃煤发电机组，其污染物的排放与锅炉燃烧率的优劣密切相关，锅炉燃烧中供氧量过大，会使SO2、SO3和 NO2的排放量增加；反之锅炉燃烧中供氧量过小，会因未完全燃烧增大损失，而导致CO和黑烟增加，污染环境。环境保护是我国的一项基本国策。盘电在2002年9月已经达到NOSA三星级企业，并通过了国家环保局的环保企业认证。这和我们的烟气含氧量测量系统能够提供准确、可靠的参数是分不开的。火力发电厂是燃煤大户，每年耗掉国家原煤产量的15以上，因此提高锅炉效率，一直是节约一次能源的重要途径，更是生产二次能源火电厂的一项重要任务。锅炉在燃烧中氧气量过大，虽然燃烧充分，但会因烟气热损失增大，而导致热效率降低；若氧气量过小，虽然烟气热损失减小，但会因未完全燃烧损失增大，而导致热效率降低，而且有熄火的危险。提高锅炉效率，可从改进锅炉和有关设备着手，同时还要实现优化燃烧，这就需要对烟气氧量参数在线及时准确进行监测，以便人工控制或实现自动调节，控制锅炉供氧量在优燃范围内运行，以保持锅炉的最佳燃烧状况。可见烟氧测量系统是电厂锅炉减少污染环境、节能和防止灭火爆炸必不可少的监测装置。1烟氧测量在盘电的使用情况盘电现装机2*500MW，锅炉为原苏联波多尔斯克锅炉厂生产的1650t/h锅炉，烟氧测量系统原为英国燃油炉专用的烟氧分析仪，随机组投产一起投入运行，由于种种原因，试运失败。1996年1月，在车间的支持下我们成立了烟氧测量攻关小组，对照国内几家生产厂家的烟氧分析仪设备的说明书，最后选用了中国原子能科学研究院生产的ZO-12型氧化锆烟氧测量系统。这套系统是由探头氧化锆、变送器及远传侧CRT显示器组成。几年来，先后对探头安装、变送器安装、信号的干扰等问题进行了尝试改进，陆续投运了1号炉甲侧、乙侧和2号炉甲侧、乙侧烟氧测量装置，运行效果相当满意，运行人员称“现在不瞎烧了，有眼睛了”。通过这几台烟氧分析器的使用，总结有以下优点。11测量准确度高由于该变送器采用双参数法设计，对探头池温参数和本底电势进行补偿修正，保证了测量的准确度。华北电科院带着上百万元的进口仪器来盘电进行热效率试验测出来的烟氧含量，和盘电当时烟氧分析仪的数据比较，最大误差0.4，结果还是比较满意的。12稳定性好在锅炉的正常工况下，烟中含氧量在46之间平稳运行，因此在相同的条件下，从烟氧量控制上可以看出运行人员的燃烧监控操作技术水平的高低。烟氧量表的良好的稳定性，也给岗位技术培训提供了一个参考依据。13响应速度快、反应灵敏氧化锆元件合理，对烟氧的变化反应灵敏，根据盘电的使用情况看，响应时间一般均在45s之内。由于反应快，对于风煤系统的重大操作以及灭火情况都可以记录下全过程，为事故分析提供了可靠的依据。在2002年的5月份，盘电1号锅炉发生堵灰，烟氧测量系统为领导及时、准确的判断提供了有利的依据（由于锅炉堵灰烟气含氧量及低，达到了1左右），保护了设备。14探头使用寿命长采用两个简单的方法判定探头是否老化，一是在线校准时，本底电势修正值不超过30mV；二是打开探头标气入口堵头，若氧量迅速达到1619，堵上后又迅速下降到烟氧指数，上下均不超过10s，说明探头工作正常；若没有反应，说明氧化锆元件损坏；若反应大于10s，则说明氧化锆元件老化，或为标气管或过滤器堵灰，应做进一步检查。盘电每个季度都对1、2号炉的烟氧分析仪进行标定，同时做以上的试验，盘电使用近两年的探头仍工作在最佳状态，这也说明了氧化锆元件的质量极高。15可靠性高ZO-12B型烟氧分析器可靠性极高，每年只在大修期间拆回保管，防止检修时碰坏。大修完后装回随机启动投入，平时从不停运，以防止冷热冲击和烟气对氧化锆元件的损坏。近5年来从未发生过因烟氧分析仪故障而造成的停用。而且盘电的烟氧分析仪是安装在就地柜内，粉尘大、环境温度高、震动大，在这种恶劣的环境下仪表四季工作正常，是我们对这种氧分析仪十分信赖的原因所在。16维护量小由于可靠性极高，从而减少了我们的维护量。17效益盘电两台炉的烟氧分析仪使用近8年了，对经济、安全性起到了良好的作用。通过对烟中含氧量的控制，减少了热损失，提高了热效率，降低了煤耗，而且减少了对尾部烟道的腐蚀，减少了烟尘排放量，从而使盘电发电机组减轻了对大气的污染，收到了良好的社会效益。同时经济效益也是显著的，投资一套烟氧分析仪约1万元。盘电现在各参数与烟氧分析仪运行稳定之前相比较：飞灰可燃物降低4，炉渣热损失降低5，排烟温度降低4，相应的锅炉效率提高0.51，两台炉每年可以节约标准煤30004000t，合人民币40万元左右。由于锅炉运行状况不断改进和烟氧分析仪稳定投运，为优化燃烧提供了可靠参数。盘电煤耗正在逐年地稳步下降。2关于烟氧测量系统的几点使用经验综合几年的使用经验，抛砖引玉，愿与各位烟氧测量的使用专家们共研讨。21探头（1） 最好选用自热式探头，以保证氧化锆固态电解质有恒定的工作温度，保证测量精度。（2） 探头安装位置选择要考虑到烟道烟气流畅，保证测量准确，ZO-12B型氧化锆探头最佳运行烟温为400-500。在该烟温下有使用寿命长、维修操作方便等优点。（3） 探头法兰及周围要可靠密封，参比空气入口要流畅，标气入口要堵严。（4） 要注意探头积灰和过滤器灰尘堵塞情况，如堵塞严重，最好定期更换。（5） 热态炉投运时，探头最好通电预热后安装，以防温差过大引起氧化锆管破裂。如果短期停炉，探头最好不要停电。2 2变送器（1） ZO-12（P）型变送器最好安装在室内以方便调校、接线、维护。新用户设计安装时可省去二次仪表，直接参看变送器数显。（2） 探头和变送器的连线，宜使电势信号线与加热电源线分开，以防止电磁干扰，保证电势信号的准确性，热电偶连线可用补偿线。2 3校验与管理（1） 烟氧测量系统要定期校验（周期为3个月）。（2） 校验时为了工作方便，应携带小标气瓶，在锅炉就地校准，其校准方法以说明书为准。校验时，一人在锅炉就地通气，一人在控制室内调变送器，可直接看显示器标定。应先调整好约400ml/min的标气流量，后接入“标气入口”，顺序切不可颠倒。当氧量由小变大，说明锅炉就地已拧开“标气入口”螺帽，空气进入探头所致；接着氧量由大变小，说明锅炉就地已开始通入标气，约1min显示值稳定后，即可调整变送器，这时校准完毕，仪器是准确的。校准完毕一定要盖好“标气入口”堵头。（3） 烟氧测量系统的日常维护要做到一必须、两要和三勤：一必须：一个季度必须做一次标气校准。两要：仪器装入锅炉前一定要校验，仪器装入锅炉一天一夜后一定要重新校准。三勤：日常勤巡检，故障勤排除，情况勤记录（记录内容：探头装入锅炉时间，异常现象时间和内容，排除办法）。烟氧测量装置运行曲线毛刺大或波动大时，不要只怀疑探头有问题，多数情况属锅炉工况所致或锅炉设备老化，或者送煤机有堵等故障。可以换上一支新探头判定。24关于氧分析仪在使用中的几个要点：241新装探头要运行一天以上才能校准 由于新装入锅炉的氧化锆探头中存在一些水分和可燃性物质，装入锅炉后，在高温下这些吸附水分蒸发，可燃性物质燃烧，消耗了参比电池中的参比空气，导致参比空气低于正常值20.6，会出现探头氧量信号偏低，甚至出现大负信号，造成氧量值偏高，甚至大于20.6的现象，这时的氧量值是不准确的。一直到水气和可燃物质被新鲜空气置换干净后，才能测量准确。这一过程对于短探头大约需要212h，而对于长探头则需要12d，因此一般情况下，新装探头至少装上一天后才能进行校准。242必须定期用标气校准氧化锆烟氧分析器 氧化锆烟氧分析器是基于能斯特方程进行测量的在线分析仪器。只有在理想状态下才符合能斯特方程，保证测量准确。但在使用过程中存在许多干扰因素的影响，如电池的老化、积灰、有害的氧化硫气体对电池的腐蚀等。虽然在新安装探头时已进行过校准，但在运行过程中，仪器性能将发生逐渐变，而给测量带来误差。为了使测量准确，必须定期用标气进行校准。一般情况下，对接入自控系统的仪器要求12个月校准一次，对未接入自控系统的仪器要求每3个月校准一次。243短期停炉检修时氧化锆烟氧分析器最好不停其原因有两个：（1） 由于氧化锆探头中的氧化锆管是一根陶瓷管，虽然它具有一定的抗热震性,但在停、开过程中，有急冷急热而断裂的可能性，因此最好少做停开操作。（2）涂制在氧化锆管上的铂电极与氧化锆两者的热膨胀系数不一致，当探头使用一段时间后，容易在停开过程中发生剥落现象，结果导致探头内阻变大，甚至于损坏探头。244如何选择探头安装点2441探头型号要与烟气温度相适应（1） 烟气温度在0650范围内，一般选用自热式直插探头。由于氧化锆测氧电池一般要求池温大于650，电池才能正常工作，自热式直插探头带有加热炉，可将探头电池加热恒定在大于650的某一温度上，直插式又具有响应快的优点，因此该类探头是最适合的。（2） 烟气温度在650900范围内，一般选用它热式直插探头或炉壁抽出式探头。它热式探头中不带加热炉，靠高温烟气加热探头就是以使探头电池正常工作。炉壁抽出式探头是将高温烟气抽出冷却到一定温度后再用自热式探头将探头电池温度恒定在某一温度上，可以避免烟温波动的影响以及烟温过高影响探头寿命的缺点，但响应时间比直插式长。(3) 烟气温度在8001400范围内，一般不选用它热式直插探头，多采用炉壁抽出式或完全抽出式探头，将烟温冷却到一定程度后再进行测量，这样操作比较有利。2442烟气流通条件好十分明显，烟气流通好坏直接影响到仪器响应时间的快慢。对于型布置电厂锅炉而言，一般应将安装点选在中外侧或外侧。但对于一些进口电厂锅炉来说，在满足烟气流通良好的前提下，也要注意不要将安装点放在烟速过大的烟道缩口处，因为烟速过大易造成探头堵灰、冲刷磨损探头或探头达不到设定温度而影响测量。2442安装方便固锅炉环境温度高，灰尘大，加之探头长1m多，在恶劣环境下将探头装入锅炉固定法兰中，如果安装地点不便，有损坏探头的可能。或加大该项工作的艰苦性，给技术人员长期带来不便。3对烟氧测量提出的几点改进意见(1)在加热炉上，其设计构造小巧、耗能低，但是如何延长炉丝寿命，以减少维修工作量，还是个需要改进的问题。(2)探头虽然设计成可更换结构，但长期运行后，锆头的4个螺栓会出现烧结现象，以致现场无法更换，这就需要从结构与金属材料上加以解决。(3)本底电势离散性大并且需要经常调整，如何使本底电势长期稳定