标题德图烟气分析仪提高工业窑炉燃烧效率的意义及应用

 

首先，介绍德图烟气分析仪在环保和节能方面的意义。

中国将从二00六年起实施GDP能耗指标公报制度。来自国家发改委的消息说，万元GDP能耗、万元GDP能耗降低率等重要能耗指标将定期向社会公布。“十一五”规划建议首次明确提出了单位GDP能耗下降指标，要求到二0一0年单位国内生产总值（GDP）能源消耗比“十五”期末降低二成左右。这意味着，今后五年年均能耗将下降百分之四左右。

根据未来五年我国经济社会发展的趋势和条件，提出了“十一五”时期的主要发展目标。其中包括两个重要的数量目标：一是人均国内生产总值2010年比2000年翻一番；二是单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20％左右。后一指标的具体含义是，按可比价计算的每万元国内生产总值的能源消耗量，以吨标准煤作为单位。在仅有的两个数量指标中，就包括能源消耗指标，充分说明这一目标在“十一五”发展中的重要性。

第一，明确提出降低能源消耗的目标，是建设资源节约型社会、实现可持续发展的需要。近年来我国经济持续较快增长，同时能源资源消耗也明显扩大，甚至超过了经济增长速度。2001年～2004年，我国国内生产总值年均增长8.7%，而能源消费年均增长10.9%，能源消费弹性系数（能源消费增长速度与国内生产总值增长速度之比）达到1.3，这是改革开放以来能源弹性系数最高的时期。在进入21世纪之前的20多年能源弹性系数都低于1。电力弹性系数也是如此。1978年至2000年，我国国内生产总值增长6.4倍，平均每年增长9.5%，同期发电量从2566亿千瓦时增加到13556亿千瓦时，平均每年增长7.9%；2001年至2004年国内生产总值平均增长8.7%，到2004年发电量增加到21870亿千瓦时，2001年至2004年平均增长12.7%。据此，1979年至2000年的电力弹性系数为0.83，而2001年至2004年的电力弹性系数达到1.46，比过去20多年平均值上升了76%。如果今后能源资源消耗的增长速度继续超过经济增长速度，那么能源资源的供给条件是难以支撑的，经济增长的目标是难以实现的，社会是难以承受的。只有下决心降低能源资源消耗，加快建设资源节约型社会，才能保障经济的可持续发展。

第二，降低能源消耗的任务很艰巨，潜力也很大。改革开放以来我国能源利用效率有所提高，但还不够明显。2003年、2004年我国能源消费增长速度均高于15%，而经济增长速度均为9.5%，单位国内生产总值能耗呈现上升趋势。2005年的能耗增长速度也高于经济增长速度。例如，我国单位产出能源消耗大大高于发达国家和世界平均水平。据计算，2003年，我国单位国内生产总值的能源消耗比世界平均水平高2.2倍，比美国高2.3倍，比欧盟高4.5倍，比日本高8倍，比印度还高0.3倍。目前我国的一次能源消费相当于美国的60%，但经济总量仅相当于美国的比例不到15%。理论上讲，如果我国的能源利用效率达到世界平均水平，那么在现有基础上不用再增加能源消耗，也可以实现经济总量翻番。按照五年能耗降低20％计算，平均每年降低约4%，在现有偏高的能源消耗基础上，经过努力，这一能耗降低目标是有可能达到的。    

 第三，降低能源消耗的主要途径是加快科技进步、优化经济结构和加强节能管理。要坚持开源与节流并举、节约优先的方针，综合运用经济、法律、技术和必要的行政手段，促进节能降耗。

（1）选择合理的炉型及炉膛结构，保证燃烧状态最佳，热损失最少。
（2）改进燃烧工艺及燃烧装置，有利于控制调整空气过剩系数，提高燃烧效率，使不完全燃烧损失与排烟热损失最小。
（3）采用优质耐火材料，减少炉体蓄热，散热及水冷件吸热等热损失。
（4）加强余热回收利用。
（6）采用先进热工技术及热工工艺。

（5）加强炉窑热工管理、热工控制，提高操作水平。

以上几种方法中可以说在实际工作中最简单易行的就是最后一项：加强炉窑热工管理、热工控制，提高操作水平，由此可见烟气（热效率）分析仪的应用意义重大。

 

德图公司自 1957年成立以来，致力于便携式电子测量仪器的研发、制造与销售，在全球的销售点分布于58个国家与地区，不仅为各行各业提供完整的测量方案，而且为各级标准实验室提供最专业的测量及校准服务，多年以来累积了丰富的测量经验与解决方案，在测量技术的专业领域中拥有着极高的声誉。

德图公司制造的便携式测量仪器， 主要的测量参数包括：温度、湿度、压力、风速、转速、照度、噪声、水活性、 pH 值、电导率、烟气 （CO,O2 ,CO2,NO,NO2 ,NOx ,SO2 ,HC,H2S,H2O等含量 ） 等。德图仪器 不仅为国内外各大研究机构、国家级实验室采用，同时也是包括 IBM、英特尔（INTEL）、AT&T等国际企业优先采用的检测设备之一；更赢得包括德、美、日、韩、法等国家实验室的认可，以及欧盟（EU）和ISO 9001的国际认证。

通过测量烟气中的O2、CO等参数，计算：过剩空气系数，从而 确定最佳燃烧效率点
    供给加热炉、锅炉等加热设备的燃料燃烧热并不是全部被利用了。以轧钢加热炉或锅炉为例，有效热是为了使物料加热或熔化（以及工艺过程的进行）所必须传入的热量。炉子烟气带走的物理热是热损失中主要部分。

当鼓风量过大时（即空燃比α偏大），虽然能使燃料充分燃烧，但烟气中过剩空气量偏大，表现为烟气中O2含量高，过剩空气带走的热损失Q1值增大，导致热效率η偏低。与此同时，过量的氧气会与燃料中的S、烟气中的N2反应生成SO2、NOX等有害物质。而对于轧钢加热炉，烟气中氧含量过高还会导致钢坯氧化铁皮增厚，增加氧化烧损。
    当鼓风量偏低时（即空燃比α减小），表现为烟气中O2含量低，CO含量高，虽说排烟热损失小，但燃料没有完全燃烧，热损失Q2增大，热效率η也将降低。另外，烟囱也会冒黑烟而污染环境。   
    提高燃烧效率最直接的方法就是使用烟气分析仪器（如烟气分析仪、燃烧效率测定仪、氧化锆氧含量检测仪）定期或连续监测烟道气体成分，分析烟气中O2含量和CO含量，调节助燃空气和燃料的流量，确定最佳的空气消耗系数。
    所以，想全面、准确地了解一台锅（窑）炉的燃烧状况，仅仅测量SO2、NOX等参数是不够的，同时还要测量出O2及由O2计算的过剩空气系数，然后把SO2、NOX等参数进行折算，这样的结果才能符合国标的要求。

由上文可知，热效率与烟气中的CO、O2、CO2含量以及排烟温度、供热负荷、雾化条件等因素有关。因此，可通过测量并控制烟道气体中CO、O2、CO2的含量来调节空气过剩系数λ，来达到最高燃烧效率。
    燃烧效率控制由来已久，上世纪60年代，曾广泛采用CO2分析仪监测烟道气体中CO2含量来控制空气消耗系数λ以达到最佳，但CO2含量受燃料品种影响较大。70年代后，逐渐采用烟气中O2含量或O2含量和CO含量相结合的方法来控制燃烧效率。

无论采取何种方式控制燃烧效率，快速、准确的测量烟气中O2含量和CO含量都是实现最佳燃烧的前提条件。所谓提高燃烧效率，就是要适量的燃料与适量的空气组成最佳比例进行燃烧。因此，这里介绍一些典型的烟气分析仪器应用。
    烟气分析仪是抽气采样炉窑烟道气体并自动进行成分分析的仪表，分为在线监测式和便携式。一般可以测量分析烟气中的CO、O2、NOX、SO2等气体含量，以及烟气温度、压力、环境温度等，并通过计算获得CO2含量、过剩空气系数、烟气露点、燃烧效率、排烟热损失、烟气流量等热工参数。
    烟气分析仪中一般安装多个传感器，分为电化学传感器和红外传感器。电化学传感器测量原理是将待测气体经过除尘、去湿后进入传感器室，经由渗透膜进入电解槽，使在电解液中被扩散吸收的气体在规定的氧化电位下进行电位电解，根据耗用的电解电流求出其气体的浓度。
    红外传感器主要由红外光源、红外吸收池、红外接收器、气体管路、温度传感器等组成。它是利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，当被测气体进入红外吸收池后会对红外光有不同程度的吸收，从而计算出气体含量。红外传感器具有抗中毒性好、量程范围广、反应灵敏等特点。
    烟气分析仪利用测量得到的O2、CO含量等数据可计算得到相应的热工参数：CO2含量，空气过剩系数，排烟热损失，燃烧效率，空气过剩系数等等 。
    烟气分析仪器应用领域十分广泛，例如：（1）热电厂循环流化床锅炉用于燃烧控制室的烟道气体监测；（2）钢铁厂轧钢加热炉用于解决降低氧化烧损或脱碳层厚度时的炉气气氛检测；（3）全氢热处理炉用于检测辐射管是否烧穿漏气（4）研制新型燃烧器（蓄热式、低NOX式、辐射管式）时用于燃烧器结构尺寸的设计研究；（5）汽车尾气排放检测；（6）其他环境保护监测项目。
    国内外烟气分析仪器产品众多，性能特点也参差不齐。其中，TESTO环保测量技术公司出品的烟气分析仪种类齐全、性能优良，占据了国内较大市场份额。便携式烟气分析仪主要有TESTO330系列、TESTO335系列、TESTO350系列，在线式烟气监测系统有TESTO360等都是是热工研究和燃烧控制的有力武器。

烟气连续监测的应用：
①环保项目验收，环境影响评价
    企业在锅（窑）炉或脱硫装置的安装、改造后，都要经过环境监测部门的验收。这种情况下，监测站的工作人员需要在现场，长时间监测锅（窑）炉在不同负荷下的数据，才可以全面地评价整个锅（窑）炉或脱硫装置的性能与使用状况。
②在线仪器比对
    固定的在线仪器需要定期进行校准，环保部门也要对各企业安装的在线仪器测量数据的准确性进行评价。Testo350xl/Testo360综合烟气分析系统可以在现场连续工作十几小时甚至几天，从而对在线仪器的精度提供参照。
③脱硫、脱氮催化实验
    现在，从事脱硫脱氮催化研究的高校和科研单位很多，催化装置反应过程时间较长，TESTO350和360在长时间监测的同时通过软件显示出烟气在经过催化前后全程的变化情况，为用户了解脱硫脱氮效率提供了依据。

随着环境污染问题的日益突出，努力提高锅炉燃烧效率，以求找到“最清洁”的燃烧技术，最大限度减少的烟气排放量，保护好我们的生存的绿色环境，是智能燃烧监测控制的目的之一。锅炉（工业窑炉）节能行业并非是个新兴行业，并且随着中国节能市场的不断增长，一些同类产品也开始这个充满诱惑的市场。面对如此激烈的竞争，我们非常自信，这种信心来自于德国德图公司多年来的技术优势。

烟气分析仪已经成为控制炉窑燃烧和运行不可缺少的重要设备，从消耗能源的费用支出比例来计算烟气分析仪的价格显然是微不足道的。正确使用它并通过它合理调节炉窑热工操作参数，将收到以下效果：
（1）节约能源。减少助燃空气量和排风量，节省通风机动力费用。减少烟气中过量空气带走的热量损失，达到节能的目的。或减少过量燃烧供给量，直接实现节约燃料。
（2）减少环境污染。减少NOX、SO2等污染物的排放。
（3）提高产品质量。控制烟气残氧量可减少钢坯氧化烧损，提高企业经济效益。
（4）延长炉窑使用寿命。
    我国有数十万台中小型工业锅炉和加热炉，我国的发电煤耗和吨钢能耗都与国际先进水平有一定差距，若能采用烟气分析仪器等监测手段，对有关燃烧参数进行在线、及时、准确的监测，以便实现人工调节或自动控制，使燃烧效率达到最高（或者较高），将给社会带来巨大的经济效益和社会效益。