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智能烟气-德国益康便携式烟气分析仪在锅炉行业的应用和选型朱长虹智能烟气-德国益康目录一．背景常识介绍：什么是燃烧3页二．工业锅炉的容量、参数和型号29页三．工业锅炉的能耗分析32页四．如何更好选用烟气分析仪42页五．烟气分析仪器的应用70页六．烟气的测量和研究目的77页七．选择便携式烟气分析仪注意事项84页八．如何正确使用便携式烟气分析仪85页九．未来的监测趋势－智能监测90页智能烟气-德国益康一、背景常识介绍：什么是燃烧什么是燃烧？•燃烧的定义–物质剧烈氧化而出现的发光发热的现象。–表现现象是–火是人类最早发现和应用的现象之一：•火使人类摆脱了茹毛饮血和黑暗寒冷；•火使人类进入文明社会，促进人类进步；–现代社会发展的支撑工业离不开火•冶金，制造业•能源动力行业：火力发电；汽车、轮船和航空航天发动机火智能烟气-德国益康火力发电厂智能烟气-德国益康汽车、航空和航天发动机智能烟气-德国益康涉及的学科–伴随着流动过程——流体力学–伴随着热量传输——传热学–伴随着新物质的生成和扩散——传质学–燃料和燃烧产物的热量转化及化学反应能够进行的程度——化学热力学–燃烧反应的速度——化学动力学•由此可见，燃烧过程是极其复杂的物理化学过程，是多门学科的综合和交叉智能烟气-德国益康智能烟气-德国益康智能烟气-德国益康智能烟气-德国益康智能烟气-德国益康智能烟气-德国益康A.燃烧与国民经济和能源的关系品种石油煤炭天然气核能水电新能源2002年数量/亿吨或亿立方米35.547.9252708.88.52002年数量/亿吨标准煤50.734.336.68.88.502002年比例/%36.524.626.46.46.102020年比例/%33.721.21913.67.65.4世界的能源结构（%）智能烟气-德国益康B、燃烧与国民经济和能源的关系我国的一次能源的消费结构（%）年份煤炭石油天然气化石燃料总量水电核能及新能源198072.2020.703.1096.004.000198575.8017.102.2095.104.900199076.2016.602.1094.905.100199574.6017.501.8093.606.100200070.0619.073.5392.666.800.067200266.1023.402.7068.347.800.70202067.7514.955.5488.248.753.050205060.003.195.1568.346.1525.510智能烟气-德国益康C、燃烧与国民经济和能源的关系•燃烧过程融入生产生活的各个角落–动力行业——电站锅炉、燃气轮机等–运输行业——汽车、飞机、火箭和轮船的发动机–冶金、陶瓷、玻璃、化工行业——各种工业炉–民用采暖行业——采暖锅炉•火灾的预防同样需要燃烧学知识–我国建有火灾国家重点实验室——中科大–目前清华热能系、浙大热能所、华中煤燃烧实验室等大学开设与燃烧有关学科智能烟气-德国益康火灾智能烟气-德国益康锅炉爆炸1–1988年9月夜，锦州发电厂配200MW发电机组的670t/h锅炉在灭火后投油，造成炉膛爆炸，炉膛由方变圆，裂开400mm，锅炉锅筒移位261mm，工字钢梁移位240mm，楼梯断裂，当场炸死一人。智能烟气-德国益康锅炉爆炸2–1993年，宁波北仑港电厂配600MW的2008t/h锅炉燃烧组织不当，炉膛严重结渣，大渣落下砸坏水冷壁，（18.2Mpa,360℃）高压水冲破炉墙，当场烧死，烫死，窒息死亡19人，造成严重损失。配600MW发电机组2008t/h锅炉智能烟气-德国益康使用烟气分析仪的目的–利用锅炉燃烧过程为人类造福－优化燃烧，节约能源–避免燃烧过程给人类带来危害－锅炉检查，消除隐患–燃烧过程的可控制性，合理控制锅炉燃烧，减少污染气体和废渣排放•使用烟气分析仪的双重目的–依据国家监测规范，为业主单位提供科学建设性提供数据，改进工艺，优化燃烧，科学利用能源–学会应用基本概念和原理分析判断燃烧过程–逐步学会控制、利用燃烧过程智能烟气-德国益康1.工业锅炉分类•锅炉的分类有多种方法:•通常，我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉•把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，又称工业锅炉。智能烟气-德国益康2.按结构分类•按结构可分为火管锅炉和水管锅炉。•火管锅炉中，烟气在管内流过•水管锅炉中，汽水在管内流过。智能烟气-德国益康3.按蒸发受热面内工质流动方式分类•按蒸发受热面内工质的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。•自然循环锅炉具有锅筒，利用下降管和上升管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下应用。•直流锅炉无锅筒，给水靠水泵压头一次通过受热面，适用于各种压力。•强制循环锅炉在循环回路的下降管与上升管之间设置循环泵用以辅助水循环并作强制流动，又称辅助循环锅炉或控制循环锅炉。•复合循环锅炉是介于强制循环锅炉和直流锅炉之间的一种锅炉。它在高负荷时按直流锅炉模式运行，而在低负荷时按强制循环锅炉模式运行，循环泵只在低负荷下工作。智能烟气-德国益康4.按出口工质压力分类•按出口工质压力可分为常压锅炉、微压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉和超超临界压力锅炉。•常压锅炉的表压为零。•微压锅炉的表压为几十个Pa。•低压锅炉的压力一般小于1.275MPa。•中压锅炉的压力一般为3.825MPa。•高压锅炉的压力一般为9.8MPa。•超高压锅炉的压力一般为13.73MPa。•亚临界压力锅炉的压力一般为16.67MPa。•超临界压力锅炉的压力23～25MPa。•超超临界压力锅炉的压力一般大于27MPa。智能烟气-德国益康5.按燃烧方式分类•按所用燃料或能源可分为:•固体燃料锅炉•液体燃料锅炉•气体燃料锅炉•余热锅炉•原子能锅炉•废料锅炉。智能烟气-德国益康6.按排渣方式分类•按排渣方式可分为固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。•固态排渣锅炉中，燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出，是燃煤锅炉的主要排渣方式。•液态排渣锅炉中，燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从渣口流出，在裂化箱的冷却水中裂化成小颗粒后排入水沟中冲走。智能烟气-德国益康7.按炉膛烟气压力分类•按炉膛烟气压力可分为负压锅炉、微正压锅炉和增压锅炉。•负压锅炉中炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式。•微正压锅炉中炉膛表压力为2～5kPa，不需引风机，宜于低氧燃烧。•增压锅炉中炉膛表压力大于0.3MPa，用于配蒸汽-燃气联合循环智能烟气-德国益康8.按锅筒数目分类•按锅筒数目可分为单锅筒和双锅筒锅炉，锅筒可纵置或横置布置。•现代锅筒型电站锅炉都采用单锅筒型式。•工业锅炉采用单锅筒或双锅筒型式。智能烟气-德国益康9.按整体外形分类•可分为倒U型、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等。•D型、A型用于工业锅炉•其他炉型一般用于电站锅炉。智能烟气-德国益康10.按锅炉房型式分类•可分为露天、半露天、室内、地下或洞内布置的锅炉。•工业锅炉一般采用室内布置•电站锅炉主要采用室内半露天或露天布置智能烟气-德国益康二、工业锅炉的容量、参数和型号•日常生活中有大小锅炉之说。但科学意义上来讲，所谓锅炉的大小是和锅炉单位时间内所传递的热量的多少密切相关的。根据热力学的知识，蒸汽锅炉一般需要用如下四个参数才能将锅炉的大小描述清楚：•（1）蒸发量，t/h（或kg/s）•（2）出口蒸汽压力,MPa•（3）出口蒸汽温度,℃•（4）给水温度,℃。•因此，所谓的锅炉参数一般就指蒸发量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。智能烟气-德国益康锅炉的蒸发量•在确保安全的前提下，锅炉长期连续运行时单位时间所产生蒸汽的数量，称为这台锅炉的蒸发量。蒸发量又称为“出力”或“容量”。智能烟气-德国益康锅炉蒸汽压力和温度•锅炉蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和过热蒸汽温度。•对于无过热器的锅炉，用主汽阀出口处的饱和蒸汽压力和温度表示。•锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度，对无省煤器的锅炉指进锅炉锅筒的水的温度。•对产生饱和蒸汽的锅炉，蒸汽的温度和压力存在一一对应的关系。其它锅炉，温度和压力不存在这种对应关系。智能烟气-德国益康三、工业锅炉的能耗分析•锅炉热平衡•燃料在锅炉中燃烧，由于种种原因不完全燃烧，而燃烧放出的热量也不会全部有效地用于生产蒸汽或热水。也就是说，燃料的总输入热量中只有一部分被工质（水或汽）吸收，叫做有效利用热；其余部分则损失掉了，叫做锅炉的热损失。为了确定锅炉的热效率，就需要使锅炉在正常运行工况下建立起锅炉的收、支平衡关系，通常称为锅炉热平衡。•锅炉热平衡是研究燃料在锅炉中的总输入热量的利用及损失情况，研究的目的是为了有效地提高锅炉的热效率。智能烟气-德国益康锅炉热平衡的组成•固体燃料的热平衡方程式可以写成•kJ/kg•式中，Qr－1kg燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；•Q1－锅炉有效利用热量，kJ/kg；•Q2－排出烟气所带走的热量，kJ/kg；•Q3－气体不完全燃烧热损失，kJ/kg；•Q4－固体不完全燃烧热损失，kJ/kg；•Q5－锅炉的散热损失，kJ/kg；•Q6－灰渣带走的物理热量，kJ/kg。123456rQQQQQQQ智能烟气-德国益康化学不完全燃烧火用损•一部分可燃气体在炉膛内没有燃烧放热，便随烟气排掉所损失的化学火用，根据烟气分析测得的可燃气体占干烟气的容积百分数计算，即•••式中，－1m3的一氧化碳、氢、甲烷在标准状态下的化学火用，kJ/m3；•CO、H2、CH4－由烟气分析测得的可燃气体占干烟气容积百分率，%；•Vgy－干烟气容积，m3/kg或m3/m3。240043gyCOH2CH4COHCH1100qeVeee智能烟气-德国益康化学不完全燃烧热损失•化学不完全燃烧热损失是由于烟气中有一部分可燃气体未燃烧放热就随烟气排出而损失掉。•一般情况下气体不完全燃烧产物是CO，H2，CH4等可燃气体，则其热损失应为烟气中各可燃气体容积与它们的容积发热量乘积的总和。•影响化学不完全燃烧热损失的因素:化学不完全燃烧热损失的大小，主要决定于炉子结构，燃料特性，燃烧过程的组织和运行操作水平，空气和燃料的混合程度等。智能烟气-德国益康排烟热损失•排烟热损失是由于烟气从锅炉排出时的温度比冷空气的温度高的多，此时排烟所带走的热量叫做排烟热损失，排烟热损失是锅炉热损失中最主要的一项。•影响排烟热损失的因素:影响排烟热损失的因素有炉膛出口过剩空气系数，烟道各处的漏风量及燃料所含的水分，都影响排烟量的变化，排烟温度对排烟热损失影响更大。智能烟气-德国益康提高锅炉毛效率的途径（1）提高锅炉的燃烧效率•锅炉的燃烧效率是表征燃料完全燃烧的程度，要想提高锅炉的燃烧效率，必须设法调整和组织好炉内的燃烧工况，使燃料充分燃烧，降低q3和q4。燃料燃烧不好，会使化学不完全燃烧损失和固体不完全燃烧损失增大，使锅炉燃烧效率降低。而燃料充分燃烧有三个必须的条件，一是要有足够的空气量，燃料与空气要充分混合；二是要有燃料着火所必须的温度，这就要求有足够的炉膛温度；三是要有燃料与氧所必须的反应时间，这就要求燃料在炉内停留一定的时间。根据这三个条件，就必须采取如下措施以强化燃烧。智能烟气-德国益康强化燃烧措施•1）合理送风和风量调节•合理送风是强化燃烧的关键。在机械化燃烧的锅炉（如链条炉、振动炉和往复炉）中，根据燃烧过程的不同特点，合理送风，对于促进炉内燃烧是很重要的。•2）控制炉膛过量空气系数•控制炉膛过量空气系数是提高燃料完全燃烧程度，降低热损失的措施。因此，炉膛过量空气系数有一最经济的数值，这一数值使q2，q3，q4三者之和最小，即最佳过量空气系数，可以通过燃烧调整试验确定。•3）维持炉膛高温•维持炉膛高温是燃料迅速燃烧的条件。层燃炉、煤粉炉、燃油及燃气炉在正常燃烧工况下高达1300~1600ºC，炉膛出口烟温也高达900~1050ºC左右。炉膛内保持高温的目的：一是提高燃烧化学反应速度，降低q3，q4的损失；二是提高辐射换热强度