煙氣分析設(shè)備在生物質(zhì)鍋爐爆燃中的定量檢測應(yīng)用

羅立霄，林莉

(1.廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，廣西 南寧 530219；2.中國航發(fā)貴陽發(fā)動機設(shè)計研究所，貴州 貴陽 550008)

生物質(zhì)鍋爐是以生物質(zhì)能源作為燃料的鍋爐，廣泛應(yīng)用于紡織、印染、農(nóng)林加工、甘蔗糖生產(chǎn)、生物質(zhì)發(fā)電等行業(yè)，是一種較為環(huán)保的能源設(shè)備。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，生物質(zhì)鍋爐應(yīng)用越來越廣泛，但是其特殊的燃燒方式，特別是燃燒過程中常常伴隨爆燃現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，破壞爐墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，嚴(yán)重時危及鍋爐的整體安全。因此，研究生物質(zhì)燃燒技術(shù)，定量檢測爆燃的規(guī)模和頻率，是深入研究爆燃現(xiàn)象、克服燃燒缺陷的前提。

1 生物質(zhì)鍋爐特點

生物質(zhì)鍋爐一般以農(nóng)林廢棄物（如秸稈、木柴、甘蔗渣、樹皮等）為燃料，其成分特殊，其主要有以下幾個特點：高揮發(fā)性，揮發(fā)份平均含量高達(dá)75%～88%，利于燃燒；熱分解物高，燃料中纖維素和半纖維素高溫分解析出揮發(fā)分；水分高，變化范圍大，一般在5%～60%之間等。生物質(zhì)燃料燃燒過程經(jīng)歷了四個階段：（1）燃料中水的蒸發(fā)；（2）燃料中的氣或者汽化成分釋放；（3）釋放的氣體與空氣中的氧在高溫下燃燒，并產(chǎn)生高溫分解物的噴射；（4）燃料中的剩余物（主要是碳）燃燒。

生物質(zhì)鍋爐以生物質(zhì)能源作為燃料，充分利用燃料的廣泛性，集中燃燒吸收熱量，降低環(huán)境污染，是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于生物質(zhì)特殊的成分和燃燒過程，導(dǎo)致在燃燒過程中容易產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象（圖1），輕則損壞爐膛墻壁，燃燒效率低下，環(huán)境污染；嚴(yán)重的危及鍋爐本體結(jié)構(gòu)安全，爐膛爆炸。爐膛爆燃是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，其規(guī)模和頻率往往難以定量檢測。

圖1 某甘蔗渣鍋爐爆燃現(xiàn)象

2 煙氣分析設(shè)備

煙氣分析儀配備多種采樣探針、傳感器，是利用電化學(xué)傳感器連續(xù)分析測量CO2、CO、NOx、SO2等煙氣含量的設(shè)備。一般煙氣設(shè)備可測量參數(shù)有煙氣溫度，氧氣(O2)、二氧化硫（SO2)、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氫（H2S）、碳?xì)浠衔铮–XHY）等氣體成分濃度。在鍋爐監(jiān)控檢測中，可以利用煙氣分析設(shè)備連續(xù)檢測的煙氣成分間的變化來間接分析鍋爐燃燒狀況，比如燃燒中心區(qū)域的合理性、燃燒是否充分、燃燒的總體效率等。

3 爆燃實例檢測

結(jié)合煙氣分析設(shè)備的技術(shù)特點，綜合應(yīng)用其在生物質(zhì)鍋爐煙氣成分檢測的優(yōu)勢，通過連續(xù)檢測廣西某110t 生物質(zhì)鍋爐（以甘蔗渣為燃料）的煙氣成分，定量檢測出爆燃規(guī)模和頻率。甘蔗渣是制糖工藝過程中，甘蔗經(jīng)過榨糖后剩下的渣，其主要成分是水分和植物纖維（表1）。

表1 某甘蔗渣燃料成分

煙氣分析設(shè)備在尾部煙道最后一組受熱面（空氣預(yù)熱器）之后500mm 處，連續(xù)檢測360S 煙氣的O2成分，檢測記錄O2成分隨時間的變化（圖2）。經(jīng)過分析，爆燃前后的O2平均含量由6.8%迅速下降愛到4.2%，爆燃瞬間O2不足達(dá)到38%，規(guī)模較大；在檢測時間內(nèi)出現(xiàn)3 次爆燃，爆燃周期在110 ～120S 之間，其頻率為0.5 次/每分鐘（0.008Hz）。

通過煙氣分析設(shè)備定量檢測爆燃的規(guī)模和頻率后，再結(jié)合鍋爐運行特性，進一步調(diào)整鍋爐的給料和配風(fēng)，縮小爆燃規(guī)模，延長爆燃周期，增加鍋爐運行安全和節(jié)能指數(shù)。

圖2 某甘蔗渣鍋爐煙氣O2 成分

4 結(jié)語

我國是農(nóng)林業(yè)大國，大量的農(nóng)林業(yè)產(chǎn)生的原料給生物質(zhì)鍋爐的推廣提供了堅強的物質(zhì)保障，不僅能夠解決農(nóng)林燃料焚燒問題，同時將資源充分利用，燃燒剩下的灰渣亦是優(yōu)良肥料。利用農(nóng)林剩余物作為鍋爐燃料使用具有環(huán)境友好、可以再生的特點，研究生物質(zhì)燃燒的爆燃規(guī)模和頻率，為鍋爐安全和節(jié)能運行提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐，對優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，減輕環(huán)境污染，具有積極的意義。