煙氣分析設備在生物質鍋爐爆燃中的定量檢測應用

羅立霄，林莉

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

生物質鍋爐是以生物質能源作為燃料的鍋爐，廣泛應用于紡織、印染、農林加工、甘蔗糖生產、生物質發電等行業，是一種較為環保的能源設備。隨著新能源技術的不斷發展，生物質鍋爐應用越來越廣泛，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象，造成嚴重的環境污染，破壞爐墻結構穩定性，嚴重時危及鍋爐的整體安全。因此，研究生物質燃燒技術，定量檢測爆燃的規模和頻率，是深入研究爆燃現象、克服燃燒缺陷的前提。

1 生物質鍋爐特點

生物質鍋爐一般以農林廢棄物（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：高揮發性，揮發份平均含量高達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分；水分高，變化范圍大，一般在5%～60%之間等。生物質燃料燃燒過程經歷了四個階段：（1）燃料中水的蒸發；（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。

生物質鍋爐以生物質能源作為燃料，充分利用燃料的廣泛性，集中燃燒吸收熱量，降低環境污染，是一種能源轉換設備。由于生物質特殊的成分和燃燒過程，導致在燃燒過程中容易產生爆燃現象（圖1），輕則損壞爐膛墻壁，燃燒效率低下，環境污染；嚴重的危及鍋爐本體結構安全，爐膛爆炸。爐膛爆燃是一種復雜的現象，其規模和頻率往往難以定量檢測。

圖1 某甘蔗渣鍋爐爆燃現象

2 煙氣分析設備

煙氣分析儀配備多種采樣探針、傳感器，是利用電化學傳感器連續分析測量CO2、CO、NOx、SO2等煙氣含量的設備。一般煙氣設備可測量參數有煙氣溫度，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）、碳氫化合物（CXHY）等氣體成分濃度。在鍋爐監控檢測中，可以利用煙氣分析設備連續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

結合煙氣分析設備的技術特點，綜合應用其在生物質鍋爐煙氣成分檢測的優勢，通過連續檢測廣西某110t 生物質鍋爐（以甘蔗渣為燃料）的煙氣成分，定量檢測出爆燃規模和頻率。甘蔗渣是制糖工藝過程中，甘蔗經過榨糖后剩下的渣，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

煙氣分析設備在尾部煙道最后一組受熱面（空氣預熱器）之后500mm 處，連續檢測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不足達到38%，規模較大；在檢測時間內出現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）。

通過煙氣分析設備定量檢測爆燃的規模和頻率后，再結合鍋爐運行特性，進一步調整鍋爐的給料和配風，縮小爆燃規模，延長爆燃周期，增加鍋爐運行安全和節能指數。

圖2 某甘蔗渣鍋爐煙氣O2 成分

4 結語

我國是農林業大國，大量的農林業產生的原料給生物質鍋爐的推廣提供了堅強的物質保障，不僅能夠解決農林燃料焚燒問題，同時將資源充分利用，燃燒剩下的灰渣亦是優良肥料。利用農林剩余物作為鍋爐燃料使用具有環境友好、可以再生的特點，研究生物質燃燒的爆燃規模和頻率，為鍋爐安全和節能運行提供精準數據支撐，對優化我國能源結構，減輕環境污染，具有積極的意義。