淺談氧量計測量在電廠節能與環保中的應用

(雞西礦業有限責任公司節能環保部，黑龍江 雞西 158100)

0 引 言

近年來由于煤炭行業礦難頻發，國家加大了對煤礦的整頓力度，隨著雞西礦區周圍低產小煤礦的關停，煤炭供應日趨緊張。但在人們的實際生活中，電廠在運行過程中消耗了大量的煤炭，如何最大程度的節約煤炭資源就成了中心問題。該如何降低電廠對煤炭的使用率從而使電廠達到節能環保的目標就需要進行大量的研究和實踐。提升電廠鍋爐的燃燒效率，就須對燃煤鍋爐進行升級改進，并準確監測鍋爐中各種參數值的變化，從而從根本上實現最優化燃燒。鍋爐中含氧量相比其他參數而言較易調節，運行的范圍也較廣泛，且在鍋爐中含氧量發生變化時，還會對鍋爐的煙氣量帶來變化，改變其他參數值。因而如何有效地控制鍋爐中的含氧量，對電廠的節能和環保目標來說具有十分重要的意義。

1 氧量計測量儀的應用背景

測量煙氣中含氧量的儀表被叫做氧量計，氧分析儀通常情況下分為熱磁式和氧化鋯式兩種，文中主要分析的是氧化鋯式氧量分析儀。在電廠鍋爐工作過程中，其燃料在燃燒過程中所產生的熱量并沒有被完全利用。針對鍋爐燃燒進行分析得知，有效熱量就是使得物料在加熱過程中一定要傳入的熱量，鍋爐煙氣所帶走的部分熱量則是熱量損失中的很大一部分。若是鼓風量過大，雖能使鍋爐中的燃料可以充分燃燒，但是也會增加煙氣中的空氣含量，使得煙氣中氧氣的含量過高，這時剩余的空氣就會增加鍋爐的熱損失，降低鍋爐的燃燒效率。另外，過剩的氧氣還會和燃料中的硫以及煙氣中的二氧化硫、氮氣等物質發生反應，產生有毒物質。若是鼓風量過低，就會使得煙氣中的氧氣的含量大大降低，一氧化碳的含量增加，雖然這樣煙氣的熱量損失能降到最低，但是此時鍋爐中的燃料并沒有完全燃燒，就會增加鍋爐的熱損失，降低鍋爐的熱效率，同時也會對大氣環境造成污染。

20世紀60年代，人們就曾采用二氧化碳分析儀來測量煙氣中二氧化碳的含量從而有效控制空氣中的消耗系數來達到控制鍋爐燃燒效率的目的，但由于不同的燃燒中二氧化碳的含量差異較大，無法取得理想的效果，因而在20世紀70年代之后，人們就逐漸采用測量煙氣中氧氣含量的方法來有效控制鍋爐的燃燒效率。提升鍋爐燃燒效率最為直接的方法就是采用煙氣分析儀來對煙氣中氣體的成分進行隨時監測，繼而有效分析煙氣中一氧化碳和氧氣的含量值，不斷調節燃料和空氣的比例，最終有效提升鍋爐的燃燒效率。

2 氧量測量的理論基礎

首先如果要進行氧量測量就必須有測量儀器，一般用來測量燃煤鍋爐內氧量的測量儀器是氧化鋯傳感器。在電廠工作運行中, 所有的氧化鋯傳感器都由以下基本原理進行，傳感器中的電池是由固態氧化鋯電解質與兩個鉑電極而組成的。鉑電極在氧化鋯陶瓷片的兩側進行燃燒, 并將燒煤材料進行脫硫, 做到低氮燃燒技術, 從而暴露在被測量的氣體中。氧化鋯是一種陶瓷, 它本身具有離子導電性, 在溫度達到1 150 ℃時, 氧化鋯就會由原先的晶體轉變成全新的立方晶體型, 此時會有約7%的體積發生收縮，氧化鋯還會隨著溫度的降低變回單斜晶體。氧化鋯在經過反復的加熱與冷卻之后就會爆裂, 正因如此, 氧化鋯傳感器在制造過程中不可以采用任何的純凈氧化鋯作為對氧量測量的元件。在制造過程中需要在氧化鋯內添加適量的氧化鈣, 作為加熱冷卻過程中的穩定劑,只有這樣才能保證其不會爆裂, 制作完成后經過不斷的高溫燃燒就會形成一種具有超強穩定性質的氧化鋯材料。

在一般情況下，氧化鋯傳感器的工作溫度都在300 ℃以上，此時氧離子會在氧化鋯傳感器中發生遷移，最后在氧化鋯的傳感器兩側就能實現電解質表面的氧化平衡。由此我們得知，提升正常工作中的溫度就能有效改善傳感器的性能。然而，由于高溫也會破壞傳感器的材料，針對這一原因，在工業生產過程中都將溫度控制在700 ℃～800 ℃之間。

3 利用氧化鋯分析監測儀監控電廠鍋爐的燃燒過程

工業氧化鋯分析儀在監測燃燒狀態過程中得到了廣泛的應用，并且在耗能行業以及燃燒設備中都發揮了十分重要的作用。在通常情況下，在氧氣濃度為零、二氧化碳濃度值達到最大值時是燃燒過程中的最佳狀態。在最佳的燃燒狀態下，鍋爐中燃料以及氧氣的比例應完全符合理想中的比例。一般情況下，氧氣中的主要成分為水和二氧化碳，此外還含有極少量的氣體，例如氮氧化合物和二氧化硫等氣體，這些氣體主要來源于空氣中的氮氣被氧化，還有一部分來自燃料中的雜質燃燒所產生。針對電廠的運行效率進行分析，氧氣的含量降低，就會使鍋爐在燃燒過程中的排煙熱以及送引分風能大大降低，同時也會增加那些未燃燒的灰碳損失，最終使得燃燒煤的含量增加；針對汽溫和減溫水進行分析后得知，這兩種參數的情況較為復雜，其和鍋爐在設計過程中的特性具有一定的聯系，通常情況下，氧氣的含量也就是機組煤在燃燒過程中耗煤量最低時進氧量的最佳控制值，并且這一值也會依據優化范圍的不同而發生變化，在此過程中可盡量降低燃燒過程中涉及到的參數的數量，從而有效簡化最佳狀態下氧氣含量的計算值。在通常情況下，氧氣含量在0.75%～2%的含量值時，鍋爐的燃燒效率最高。針對不同的煙氣測量溫度計算得知，氧氣含量每降低1%，就能有效減少燃料的1%～3%。

4 結束語

總而言之在我國氧量計測量是比較先進的一種能讓發電廠節能環保的技術，尤其是氧化鋯氧量測量計，為我國的各大發電廠提供了精確的含氧量濃度并可檢測整個燃燒過程，采用氧量計測量煙氣中氧的含量，最終能達到有效提升燃燒裝置的燃燒效率、減少環境污染的目的，對企業而言具有十分重要的意義。