一氧化碳传感器在线监测烟道废气CO含量改善燃气锅炉的燃烧效率

锅炉是什么?

从能源利用的角度看 , 锅炉是一种能源转换设备。在锅炉中 , 一次能源 ( 燃料 ) 的化学贮藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物 ( 烟气和灰渣 ) 所载有的热能 , 然后又通过传热过 程将热量传递给中间载热体 ( 例如水和蒸汽 ), 依靠它将热量输送到用热设备中去。

CO传感器很早被锅炉厂家引进并小范围试点，但由于炉内温度高，传感器性能等制约因素，一直未能列入锅炉燃烧调整参考指标。随着近几年中国制造工艺的突飞猛进，装设CO传感器并作为有效平衡高效燃烧、低氮排放、高温腐蚀/结焦三者关系成为可能。以下根据现场试验数据对影响CO浓度的影响因素进行探讨。

一、燃尽风门开度的影响

SOFA风门开度调整试验期间，#1机组运行在600MW负荷工况时，将SOFA风门分别调整至30%、20%、10%开度时，机组稳定半个小时，记录炉膛CO浓度水平等参数，具体如表1所示。

表1 不同SOFA 风门开度时炉膛CO 浓度

由此可知，SOFA风门开度在20%以上时，其对炉膛CO浓度影响很大，但对NO x 影响十分有限；SOFA风门开度在10%时，炉膛CO浓度能降低至20000ppm以内，说明降低燃尽风率有利于缓解高温腐蚀。另外，在SOFA风门开度大于20%时，减小其开度对脱硝入口NO x 浓度影响较小。因此在高负荷段时，SOFA风门开度保持在10%-30%之间，既能降低炉膛CO浓度，又能保证脱硝入口NO x 含量在可控范围内。

二、风量调整的影响

在600MW以上稳定负荷时段且尾部CO含量过高时，进行变风量试验。试验参数如表2所示，风量调整前后主要参数曲线如图1所示。

表2 高CO 工况下调整试验参数

620MW稳定工况下，增大总风量50t/h，尾部CO从超过4000ppm（具体数值未知，已超量程）降至350ppm。若以初始值4000ppm计算，此时排烟热损失增大0.16%，化学不完全燃烧热损失减小1.25%。

630MW稳定工况下，增大总风量80t/h，尾部CO从1000ppm降至450ppm。此时排烟热损失增大0.11%，化学不完全燃烧热损失减小0.21%。

另外，CO每降低1000ppm，q 3 降低0.3459%，煤耗降低近似折算为1.11g/kWh。单独对比锅炉效率提升及引风机电耗增加对经济性的影响，计算值如表3所示。

表3 经济性对比数据

三、O2-CO协同控制逻辑及投运策略

投入CO控制回路之前必须投入氧量自动，CO控制器输出值叠加到氧量设定值，CO对氧量设定值的控制限值为±0.5%，CO设定值跟随实际负荷变化，负荷及CO设定值对应关系如表4所示。

表4 负荷及CO 设定值对应关系

另外，CO传感器灵敏度为1%，量程为4000ppm，控制回路设定值死区暂定为±100ppm。为了防止CO测量回路中的随机干扰，设定了30s的信号滤波，且定义CO测量值低于50ppm点为坏点，当两侧CO测量值都被定义为坏点时，CO自动控制回路退出。

通过增加CO测点，增加了锅炉运行的参数监视，运行人员可以在兼顾锅炉效率、脱硝控制和参数偏差的基础上，控制局部的燃烧不完全，减少高温腐蚀的速度，提升锅炉效率。

CO控制燃烧改进被证明是一种更有效的优化方法，因此燃气锅炉的燃烧效率可以通过一氧化碳传感器在线监测烟道废气CO区分内容。在钢铁冶炼公司自备电厂中，高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气的混合气一般作为锅炉燃烧的主要能源，因此锅炉烟道废气中CO含量检测结果可为锅炉燃烧的改善提供良好的指导。良好的燃烧效率不仅能提高企业的经济效益，还能节能降耗。锅炉烟道废气中CO含量检测安装一氧化碳传感器，工采网技术工程师推荐一氧化碳传感器（抗烟气，带过滤，CO传感器） - CO-CF：

一氧化碳传感器CO-CF主要特性
灵敏度：55～90nA/ppm
响应时间：< 30s
量程：5000ppm
过载：10000ppm
分辨率：0.5ppm
尺寸：Φ20.2*23
使用寿命：2年
存储周期：6个月
工作温度：-30～50℃
工作湿度：15～90％RH
负载电阻：10～47Ω
典型应用:一氧化碳报警器

一氧化碳传感器与报警装置一起使用，因此传感器已成为报警装置中不可缺少的核心部件，其基本原理是固定电位电解。当外部一氧化碳扩散到气体传感器时，传感器的输出端会被感应，然后产生电流，并将获得的信息报告给报警装置。报警装置中的取样电路将化学能转化为电能。如果外部一氧化碳浓度增加，气体传感器的输出电流也会增加，两者成正比。当电流变化通过报警装置时，电流会被放大，可以驱动每个设备，实现报警功能。

严格来说，当锅炉正常，燃烧平稳时，锅炉尾部的烟尘中CO浓度不是很大。然而，当锅炉低负荷运行时，燃烧不稳定甚至恶化是非常危险的。据统计，70%的燃气锅炉爆炸发生在低负荷运行期间。由于低负荷运行时燃烧最不稳定，炉温降低，燃烧不足，化学不完全指数增加，部分燃气未燃烧直接进入烟道，导致炉内烟道CO浓度急剧增加。当燃烧进一步恶化时，烟气中会出现烟气。CO浓度将进一步增加，造成严重的安全事故。

审核编辑黄宇