然气锅炉运行时烟气含氧量重要性及调整方法

然气锅炉运行时烟气含氧量重要性及调整方法

－－北京市左家庄供热厂和方庄供热厂97年

煤炉改燃气炉后的试运行情况分析

王钢郑斌贺平

一、理想燃烧

1.天然气的主要成份

(1)方庄97年12月15日北京电力科学研究院化验(当时主要是华北油田的气)结果。

表（一）

(2)左热98年1月12日北京市技术监督局节能监测站化验(陕甘宁气已到京)结果。

表（二）

由以上化验的结果可得如下结论：

a.天然气的主要成份是烷烃(在方庄化验占了98％多，左热化验占了约94％)。

b.天然气中含量最大的是甲烷(CH4)，方庄占85.29％，左热占90％。

c.今后在供天然气正常的情况下，我们主要使用的是“三北”气。故天然气在燃烧时主要化学反应式是：

CH

4＋2O

2

=CO

2

＋2H

2

O

2.天然气完全燃烧所需的理论空气量Vo

方庄计算为10.7819Nm3/Nm3

左热计算为9.21Nm3/Nm3

一般可认为，1Nm3的天然气完全燃烧需要的理论空气量约为10Nm3。

二、实际空气量和空气过剩系数

在实际燃烧中，由于空气和天然气的混合很难达到理想的程度，因此即使供给理论空气量仍不能使天然气完全燃烧，必须多供给一些空气才能使天然气完全燃烧。在实际燃烧过程中所供的空气量称为实际空气量，符号Vα。实际空气量与理论空气量之比称空气过剩系数，符号α=Vα/V

。

空气过剩系数α：(可根据烟气成份分析结果来计算)

式中：O

2、CO和RO

2

分别是干烟气中氧气、一氧化碳和三原子气体(CO

2

＋SO

2

)

的容积百分比。21是空气中氧的容积百分数(20.6％≈21％)

在燃气炉运行时，只要燃烧不是很坏，CO是微量的，在计算α时可以忽略，视其为零。上式可简化为：

(1)

烧煤时，一般烟气的含氧量都在10％左右，故100－(RO

2＋O

2

＋CO)79O

2

－0.5CO≈O

2(CO一般为零点零几)所以α≈21/(21－O

2

) (2)

在烧天然气时，由于烟气含氧量一般应小于4％，故不宜用此式简算。必须用α=(100－RO2－O2)/(100－RO2－4.76O2)计算。

2.左热和方庄去年热平衡测试的实例：

烟气测试数据见表三、表四。

表三

方庄97.12.5RO2O2COα

用（2）

计算α

数值（%）10.477082.5341670.111.1231.137235

表四

左热RO2O2COα用（2）计算

α

η

一工况烟份10 3.370.00251.17 1.1990.3

二工况烟份10 3.220.00311.16 1.1892.5

3.烧天然气锅炉时α值的经验简算式：

从方庄97.12.5和左热98.1.12三次热平衡测试的烟气分析中用式(3)算出的数与用式(1)算出的数基本相等，可精确到0.01。

三、锅炉的热平衡分析(燃气锅炉)

1.正平衡公式：

式中： G——锅炉循环水量(kg/h)

ics——锅炉出水焓(kcal/h)

ijs——锅炉进水焓(kcal/h)

B——燃料耗量(Nm3/h)

Ogdw——气体燃料干燥基低位发热值(kcal/Nm3)

在左热和方热两厂锅炉的DCS系统中，G、ics、ijs、B已有瞬时值输入，只要把测定的Qgdw输入，就可以随时显示锅炉的效率。

2.反平衡公式：η=100－q2－q3－q4－q5－q6 ％

式中： q2——排烟热损失

q3——气体不完全燃烧热损失

q4——固体不完全燃烧热损失

q5——散热热损失

q6——排渣热损失

3.方庄、左热燃气锅炉反平衡测试结果及烟气含氧量：

通过方热和左热的三次反平衡测试分析，我们可以看出，只要燃气炉是在正常运行，q4和q6为零，而q3如果当参与燃烧的空气量是充分的，也就是说O2值足够大，也可视其为零。但也应看出当O

2

值增大时，q2也在增大，因此随时保持燃气炉的O2值适当是保证燃气炉效率的关键所在。

4.积碳问题

通过97年三台改造的燃气炉运行实践，我们发现当O2值过小时也就是在燃气炉缺氧燃烧时，碳氢化合物在高温下会产生裂解，生成氢气和碳黑，从而造成炉内管壁，特别是尾部受热面产生积碳。约在98年1月20日左右，室外气温明显升高，此时排烟温度也开始明显升高(两厂均如此)。在2月24日这天，方庄的1＃炉炉内烟气含氧量显示0.35～0.65、排烟温度210℃，2＃炉氧量显示

1.35～1.80、排烟温度184℃。当事后不久分别停炉对两台炉受热面检查时，发现在炉膛内上部的受热面特别是尾部省煤器处产生积碳，而1＃炉比2＃炉积碳严重。与此同时，左热厂也发生了此类的情况。由于受热面积碳造成热传导差，从而使排烟温度升高，锅炉的燃烧效率降低。根据经验，排烟温度每升高10～25℃锅炉效率就会相应下降约1％。同时由于缺氧燃烧使气体不完全燃烧热损失q3也会增大，同样使锅炉效率下降。

表五

5.空气过量系数(α)、锅炉效率(η)以及排烟热损失(q2)、气体不完全燃烧热损失(q3)的关系图(α、η、q2、q3的关系图)

说明：(1)此曲线图中η、q2、q3是定性趋势分析得出的关系。

(2)α及O2与η、q2、q3对应的点是根据97年3台改造的燃气炉运行和热平衡测试结果定量趋势分析得出的关系。

(3)燃气炉正常运行时应保持α=1.1～1.5(O2=2.1～3)

(4)此曲线只针对左热和方热改造的燃气炉；双榆树的锅炉也必定遵守此曲线关系，但α值及O2值肯定会比此曲线的值要小，估计α值在1.05～1.1之间，O2值在1.1～2.1之间。

通过以上分析，可以得出结论：

a.燃气炉在运行时要保证锅炉的效率在90％左右就必须保证空气过剩系数在1.1～1.15之间，即保证含氧量是在2％～3％之间。

b.α值的计算应该用简算公式(3)，可精确到0.01。

c.特别要注意无论何时都要保证含氧量在2％以上，即α值在1.1以上，以确保燃气炉燃烧时不会产生积碳。

四、左热、方热燃气炉运行时烟气含氧量的控制方式和调整方法

1.燃气炉的氧量控制方式