第六章 炉烟分析.ppt

第六章炉烟分析第一节概述在火力发电厂 动力锅炉燃烧质量的好坏 直接关系到电厂燃料消耗率的高低 炉烟成分自动分析就是为了连续监督燃烧质量 以便及时控制燃料和空气的比例 使燃烧维持在良好的状态下 为了使燃料达到完全燃烧 同时又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度 首先要控制燃料与空气的比例 使过剩空气系数 保持在一定范围内 例如 对燃煤炉 约在1 20 1 30 对燃油炉 约在1 10 1 20 过剩空气系数的大小可通过分析炉烟中CO2和O2的含量来判断 它们之间的关系还与燃料品种 燃烧方式和设备结构有关 图6 1所示为烟煤燃烧产物中CO2及O2的百分含量与过剩空气系数 的关系曲线 燃烧后CO2含量O2含量与 的关系曲线 由于氧含量与 之间有单值关系 而且此关系受燃料品种的影响较小 另外 由于氧量计的反应比二氧化碳表快 所以目前电厂中大量采用氧量计 迟延小 反应快的内置式氧化锆氧量计正在推广使用 随着锅炉容量的增大和环境保护要求的提高 希望全面分析炉烟中各成分的含量 例如 CO的含量与燃油炉结焦和SO3含量有一定关系 而SO3含量直接影响锅炉尾部的腐蚀情况 另外SO3和NO的含量是环境保护所要控制的指标 因此发展快速响应的自动气相色谱仪用于炉烟的全分析是值得重视的 炉烟成分正确分析的首要条件是分析的气样要有代表性 因此取样点应设置在燃烧过程已结束 烟气不存在分层 停滞 以及烟气温度为取样装置所能耐受的地方 由于烟道处于负压下 特别要防止空气漏入而影响测量正确性 取样装置一般放在高温省煤器出口烟气侧 也可放在过热器出口烟气侧 实验证明 对于大截面烟道 截面上各处烟气成分是不相同的 有明显分层倾向 而且在各排不同喷燃器投入运行的情况下 分层情况也不同 因此最好设置多个取样点 然后取其平均值 但这样做会增加测量滞后 有时就用试验方法求取一个较好的取样点位置作为经常测量的取样点 快速响应是对成分分析仪的一个突出的要求 应尽可能缩短取样管路 以减少纯滞后 因此最好装设大口径旁路烟道 分析仪的取样装置则可安装在旁路烟道内 第二节氧化锆氧量计一 概述氧化锆氧量计是最近二十年发展起来的一种新型烟气氧含量分析测量仪表 组成 它由传感器 锆头 和变送显示器组成 特点 这种氧量计的传感器精确度高 可达到士0 2 它不需要复杂的预处理 响应快 10s达到被测氧量90 适用的烟气温度可高达1000 其变送显示器的精确度优于1 0级 复现性和稳定性高 输出信号为0 10mA和4 20mA DC 显示可为模拟显示 亦可以为数字显示 且显示的功能多 能显示氧含量 氧量信号 mA 本底电势 mV 锆头温度 oC 锆头寿命为1 2年 应用 氧化锆氧量计广泛地应用在火力发电 采暖 炼油 化工 轻纺 水泥等工业领域内 分类 氧化锆氧量计按其安装方式分为抽出式和直插式两类 抽出式是通过取样预处理系统把烟气从烟道中抽出来 经过滤 净化后送到氧化锆传感器 这种类型的氧量计由于有取样预处理系统而失去了氧化锆氧量计自身响应快的优点 这种类型的氧化锆氧量计一般不用于指导锅炉燃烧的分析测量 而多用于环境保护方面的烟气分析 直插式是将氧化锆传感器直接插入高温烟道或旁路烟道 不需要烟气预处理装置 直插式氧化锆氧量计又有两种类型 即恒温式氧化锆氧量计和补偿式氧化锆氧量计 二 氧化锆氧量计的工作原理氧化锆氧量计的基本原理是基于电化学中浓差电池原理工作的 1 氧化锆 ZrO2 材料的化学性质在ZrO2材料中加人一定量的氧化钙 CaO 或氧化钇 Y2O3 经高温烧结 2价的钙离子Ca2 会进入ZrO2晶体而置换出十4价的锆离子Zr4 置换出的锆离子Zr4 与数量不足的氧离子结合而形成带有氧离子空穴的氧化锆材料 成为一种不再随温度变化的正立方晶型的材料 这种材料被称为空穴型氧化锆晶体 为固体电解质 2 氧浓差电池原理氧浓差电池的构成如图所示 在两极板上表现出的电极反应为参比气样侧极板 O2 4e 2O2 待测气样侧极板 2O2 O2 4e其浓差电势由能斯特公式确定 式中R 气体常数 8 314J K mol T 浓差电池温度 池温 K F 法拉第常数 96 487C mol n 电极反应时一个氧分子输送的自由电子数 n 4 p2 参比气样的氧分压力 p1 待测气体的氧分压力 由于在混合气体中 某气体组分的压力与总压力之比与其容积浓度成正比因此当参比气样的总压与待测气样的总压相等时 上式可化成如下形式 式中p 参比气样总压力 参比气样氧容积浓度 待测气样氧容积浓度 三 保证正确测量的条件氧化锆氧量计的传感器对待测气样中氧量的测量就是利用了氧浓差电池的工作原理 由以上分析可知 要正确测量出待测气样中的含氧量 浓度 必须保证以下的条件 1 氧化锆传感器需要恒温或在计算电路中采取补偿措施 以消除传感器温度 池温 对测量的影响 氧化锆氧量计又分为恒温式和补偿式两种 2 氧化锆传感器要在一定高温下工作 以保证有足够高的灵敏度 3 保持参比气样的压力与待测气样的压力相等 4 保持参比气样和待测气样一定的流速 以保证测量的准确性 四 氧化锆传感器的结构组成 ZO系列 氧化锆传感器 锆头 的结构组成如图所示 氧化锆传感器的结构示意