如何控制锅炉过剩空气系数.doc

如何控制锅炉过剩空气系数
· 通过燃烧调整确定最佳过剩空气系数根据经验当炉膛过剩空气系数1.3～1.5左右时，锅炉的热效率最高。省煤器（二级省煤器）出口的最佳过剩空气系数控制在1.7以内，如果α过高，一方面使烟气量增加，排烟热损失加大，另一方面使炉内温度降低，燃烧恶化，造成机械不完全燃烧损失和化学不燃烧损失增大。
· 根据负荷和煤种变化等情况，及时调整送、引风门开度。如锅炉负荷降低时，燃料的需要量相应减少，燃烧所需的空气量也相应减少，此时如不及时调节风量，就会使炉膛过剩空气系数增大。
· 要及时堵住漏风，堵绝炉膛、省煤器等尾部设备的漏风。
· 装设二氧化碳或氧气分析仪，连续自动地检测烟气中二氧化碳或氧气含量，以便及时地对炉膛或出口处过剩空气系数作必要的调整。
剩空气系数
　　过剩空气系数是燃料燃烧时实际空气需要量与理论空气需要量之比值，用“α”表示。
　　计算公式：α＝20.9%/(20.9%-O2实测值)
　　其中：20.9%为O2在环境空气中的含量，O2实测值为仪器测量烟道中的O2值
　　举例：锅炉测试时O2实测值为13%，计算出的过剩空气系数α＝20.9%/(20.9%-13％)
　　＝2.6
　　国标规定过剩空气系数应按α＝1.8（燃煤锅炉），α＝1.2（燃油燃气锅炉）进行折算。
　　举例：燃煤锅炉，锅炉测试时O2实测值为13%，SO2排放值500ppm，计算出的过剩空气系数α＝2.6，那么根据国标规定，折算后的SO2排放浓度＝SO2实测值×（α实际值/α国标值）＝500ppm×（2.6/1.8 ）=722ppm
　　举例：燃油燃气锅炉，锅炉测试时O2实测值为13%，SO2排放值500ppm，计算出的过剩空气系数α＝2.6，那么根据国标规定，折算后的SO2排放浓度＝SO2实测值×（α实际值/α国标值）＝500ppm×（2.6/1.2 ）=1083ppm
　　在ecom产品中，J2KN、PLC具备测量过剩空气系数的功能。

摘　　要:
大庆油田有多套原油稳定装置，均采用立式圆筒加热炉为原油加热，该种加热炉在运行过程中普遍存在过剩空气系数偏大，能耗较高、热效率偏低又不易解决的难题。但通过控制炉膛烟道档板开度将炉膛负压调节在一定范围，就可提高加热炉运行效率，经济效益非常显著。对于新型加热炉可选用测量烟气中的含氧量装置，直接计算出过剩空气系数来自动控制烟道档板，从而控制空气的进入量，使过剩空气系数始终在标准规定的规范内，排烟温度得以有效地降低，提高加热炉的热效率。

根据《安全工程大辞典》（1995年11月 化学工业出版社出版），一般认为，层燃炉和沸腾炉最佳的a值为1．3～1．6；固态排渣煤粉炉为1．2～1．25；液态排渣煤粉炉为1．15～1．2；旋风炉和燃油炉均为1．1～1．15左右；燃气轮机燃烧室燃烧区为1．2～1．5；气体燃料无焰燃烧时为1．02～1．05，有焰燃烧时则为1．05～1．2。

《锅炉烟尘测试方法》GB5468-91有详细的计算方法

燃料完全燃烧时所需的实际空气量取决于所需的理论空气量和“三T”条件的保证程度。在理想的混合状态下，理论量的空气即可保证完全燃烧。但在实际的燃烧装置中，“三T”条件不可能达到理想化的程度，因此为使燃料完全燃烧就必须供给过量的空气。
空气过剩系数的定义：一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量Va与理论空气量Va0之比定义为空气过剩系数α。
α=Va/Va0
通常α>1，α值的大小决定于燃料种类、燃烧装置形式及燃烧条件等因素。
又可称为过量空气技术

                                                                空气过剩系数表
连续分析显示锅炉、窑炉燃烧时的空气过剩系数大小。烟气用燃烧设备自身的引风机采样，经冷却、洗涤，氧探头将含氧量转换为电量，表按下式工作：α＝Ｖ／Ｖ0＝（２１／２１－Ｏ２）［（１００－ｑ４）／１００］式中：Ｖ为燃烧时实际送入的空气量，Ｖ0为燃烧理论需要的空气量；Ｏ２为烟气中含氧量；ｑ４为炉灰中残碳未完全燃烧热损失百分数。该表读数直观，可为炉提供炉内配风工况数据。

                                                               工业锅炉节能监测分析
根据国家标准《工业锅炉节能监测方法》GB/T15317-1994的规定，对企业工业锅炉的监测共五项监测指标，其中测试项目四项：分别是排烟温度、排烟处空气过量系数、炉渣含碳量和炉体外表面温度；检查项目一个：即考察锅炉热效率。该标准对这五项监测指标的具体监测方法、计算方法和合格指标都作了详细规定，同时还要求在监测后对锅炉监测结果进行分析评价并提出改进建议。笔者多年从事节能监测工作，围绕着五项监测指标，作出尽可能全面而深入的分析，努力探讨各项指标与锅炉运行状况之间的关系。某项指标不合格可能反映了锅炉的哪些方面存在问题，应当从哪些方面寻找分析指标不合格的原因，目的是能给大家进行监测分析时提供尽可能的提示，避免挂一漏万。进行监测分析，主要是提出监测结果不合格的原因和问题所在，并提出改进方向和建议，包括以下三个方面：(1)监测指标不合格的原因。(2)不合格造成的后果。(3)提出整改建议。

1   排烟温度

    排烟热损失是锅炉的主要热损失之一，可达10%～20%。排烟热损失主要取决于排烟温度和过量空气系数的大小。在锅炉运行中为了减少排烟热损失，应在满足燃烧反应需要的前提下尽量保持较低的空气系数，应尽可能避免燃料室及各部分烟道的漏风，以降低排烟热损失。排烟温度也不是越低越好，因为太低的排烟温度势必要增加锅炉尾部受热面，这是不经济的；同时还会增加通风阻力，增加引风机的电耗；此外过低的排烟温度若低于烟气露点以下，将会引起受热面的腐蚀，危及锅炉的安全运行。最合理的排烟温度应根据排烟热损失和尾部受热面的金属耗量与烟气露点等进行技术经济核算来确定。

    造成锅炉排烟温度升高除没有装设尾部受热面以外，还受烟气短路、受热面积灰与结垢、运行负荷等因素的影响。要降低排烟热损失，应防止锅炉烟气系统烟灰的结垢和堆堵。这种现象多数发生在锅炉受热面上，包括炉膛的水冷壁和省煤器等处。合理的锅炉设计要求是把碳氢化合物在锅炉内燃烧完全，既提高了煤的燃烧率，又可防止锅炉冒黑烟，但是由于种种原因，烟管及省煤器的烟垢堵塞是不可避免的。因此应定期检查锅炉炉膛及水冷壁以及空气预热器和省煤器的运行状况，及时对锅炉吹灰、清除烟垢，以及采取其它一些有效的措施，保持受热面清洁，最大限度地提高传热效率，充分吸收利用炉膛中燃煤的热量，从而降低了排烟温度，提高锅炉的使用寿命和运行效率。

2     过量空气系数

    过量空气系数是一项重要指标，国家工业锅炉节能监测标准严格规定了锅炉运行中过量空气系数的合格指标，并作为锅炉经济运行的关键指标之一进行监控。各类不同类型的锅炉，都有一个最佳过量空气系数，但实际上几乎所有的炉子都超过设计值。过量空气系数，是根据燃料的性质、燃烧方式、燃烧设备等条件来确定的，当过量空气系数过大时，会造成燃煤与空气混合不均匀，有的区域出现空气不足，另外区域又严重过剩，致使炉膛温度降低，排烟量增大，带出热量增加，也就是排烟热损失增加。最好的做法是，在尽可能保证燃料得到充足的氧气而完全燃烧的前提下，使过量空气系数愈低，燃烧愈经济。造成空气过剩有以下几个原因：

    (1)炉排下部的风室隔断不严，各风室互相串风。    ．

    链条锅炉燃料的燃烧过程，是沿链条长度方向分布的。在炉排前部和后部不进行激烈的燃烧，需要少量的空气；而中部主燃区则需要大量空气。现代锅炉的分室送风技术是在链条下面分成几个风室，各个风室之间装有隔板，每个风室可以独立调节风量，保证燃烧良好。如果炉排下部的风室隔断不严，各风室互相串风，或者炉排两侧密封不严，就不能按照在锅炉内的燃烧过程合理地分配空气量。需要空气的区段得不到足够的空气，而不需要空气的区段却大量进入空气，从而大大影响其合理配风的有效性。

    (2)锅炉烟气系统的漏风，主要发生在锅炉排放炉渣的部位。这种情况比较普遍，也很严重。目前大部分锅炉出厂时安装了机械除渣设备，但安装不正确，比如虽安装了链板除渣器，但没有用渣斗插入水封中；有些锅炉出厂时就没安装除渣器，甚至不配除渣门，锅炉使用单位就做一个简易出渣门，或用钢板临时堵一下除渣口这样做的效果很差，不能起到隔绝空气的作用。

    (3)应当指出的是锅炉本体的漏风，炉墙漏风也很普遍，但还不为人们所重视。锅炉炉墙砌体一般是各类耐火砖、红砖墙及保温砖等，其本身气密性就差，再加上耐火砖缝的耐火泥都是塑性的，这些都会导致锅炉炉墙漏风。尤其是快装锅炉的炉墙较薄，如果炉墙砌筑不好，锅炉漏风量将会很大；由于锅炉整体刚性较差，锅炉在运输和吊装过程中炉墙砖缝就会松动而漏风。

    (4)锅炉燃烧调整的操作技术较差，造成风量配置不当。

    上面已经提到，煤在炉排上的燃烧是分段、分区进行的。煤在预热干燥时，可以完全不需要空气；在挥发分析出区，有一部分可燃性气体已经开始燃烧，因此需要供给少量空气；挥发分和焦炭的燃烧区域是燃烧的主要部分，需要送人大量的空气。所以机械化层燃锅炉的合理操作，在于煤的不同燃烧过程供给不同的空气量，分段送风门的实际开度要经常随炉排速度、燃煤粒度、水分的变动及火床面上的燃烧情况加以调整。层燃锅炉操作技术水平的高低，表现在是否能按煤的燃烧各区段正确调节空气量，所以应加强对锅炉操作人员的节能技术培训，提高操作技能，以降低空气系数。

    (5)锅炉仪表配备不够齐全。

    一般10 t/h以下锅炉所配备的仪表除压力表、水位计、温度表外，大都没有安装氧量表或者空气过剩系数表，这对锅炉操作人员现场控制空气系数带来很大的限制。对于一时还加装不上监测仪表的锅炉，可凭经验观察火焰判断燃烧情况，火焰呈青黄色表示空气量合适，呈刺眼的白色表示空气量过多，发黄呈桔红色表示空气量不足。另外根据排出的烟气颜色，也能帮助判断空气量的多少，烟气呈淡灰色表示空气量合适，呈白色表示空气量过剩，黑色表示空气量不足。

3   炉渣含碳量

    炉渣含碳量主要用于反应锅炉的机械不完全燃烧热损失。它是指一部分燃料进入锅炉以后，没有参与燃烧化学反应，就随着各种途径带出炉外面而造成的热能损失。对层燃炉来说，机械不完全燃烧热损失是最大的损失项，可达15%～20%以上。

    造成炉渣含碳量高的原因很多，主要有以下几点

    (1)在机械化层燃炉(链条炉、往复炉)中，燃煤水分和挥发分对煤炭着火的快慢和燃烧温度的高低有显著的影响，另外煤粒度过大，或原煤未经洗拣都会造成煤炭燃烧不完全。煤炭水分过大，会造成煤着火延后；煤炭的挥发分高，就容易着火燃烧，反之就不易着火，所以燃用煤炭水分过大或者挥发份较小的煤种，因着火推迟，最后导致在整个燃烧过程结束时，煤炭来不及完全燃烬，造成炉渣含碳量超标。

    (2)锅炉运行参数调整不合理，主要包括煤层厚度、进煤速度、风煤配比等。机械化层燃炉煤层过厚，燃煤不易烧透，造成燃烧不完全；进煤速度太快，燃煤还没有完全燃烧就已经到达炉排末端，被排出炉膛；煤风配比不合适不能根据煤层厚度、炉排速度和煤的燃烧情况，适当调整送风机风门开度，以保证提供充足的氧气供煤炭充分燃烧，使炉渣含碳量增加。

    (3)炉膛温度过低。炉膛温度的高低是燃料燃烧好坏的重要因素。过低的炉膛温度不能维持炉膛内良好的燃烧。为了保证炉内燃烧的稳定，炉膛出口的温度不宜低于800℃。炉膛温度偏低是目前工业锅炉运行中较为普遍的问题。造成的原因除了漏风严重和风量配置不当外，助燃拱的型式、低负荷、炉膛水冷系数过大等也是造成炉膛温度低的主要因素。

    (4)锅炉结构设计不合理，如炉膛太小，造成热负荷低，使燃烧不良；前拱几何形状及高度不适，使着火点推迟；后拱过高或过短使余煤不能燃烬。

    炉渣含碳量在一定程度上代表了煤炭燃烧的完全程度，是反映锅炉节能运行状况的重要指标。虽然炉渣含碳量并不能绝对地反映出锅炉热效率的高低，但在实践中经常注意炉渣的色泽，是监督锅炉运行的重要手段。我们可以从灰渣的色泽变化，及时发现影响锅炉正常燃烧的原因，排除不良因素，提高锅炉运行的热效率。

4   炉体外表面温度

    炉体外表面温度指标主要用来反映锅炉的散热损失。由于锅炉炉墙、金属结构及锅炉范围内的烟风道、汽水管道、联箱等外表面高于周围环境温度，致使向周围环境散失的热量，叫做散热损失。锅炉散热的大小主要取决于单位锅炉的容量相对表面积的大小和外壁温度，外壁相对面积越大，外壁温度越高，向周围环境的散热量也越大。对≤35 t/h的工业锅炉，散热损失大约占总的输入热量的l%～3.5%。从具体因素来看，炉体外表面散热损失主要取决于以下几点：

    (1)锅炉容量的大小；

    (2)是否布置尾部受热面；

    (3)炉墙的保温绝热状况；

    (4)锅炉的实际运行安装维修水平。

    在实际监测中，经常发现的问题是，锅炉墙体年久失修已经损坏，保温层没有及时维修更换，都会造成炉体外表面温度超标；或者虽然整体炉墙外表面温度未超标，但炉墙的部分区域严重超标，这些情况下都应当对保温层进行检修，选用先进的保温材料，以降低散热损失。

5 热效率

    根据工业锅炉节能监测方法标准的规定，工业锅炉的热效率为监测的检查项目。热效率是锅炉的综合指标，体现了锅炉作为一个能源转换设备的综合性能。在标准规定的监测项目中，对排烟温度和空气系数的监测，其本质是对排烟热损失q2的控制；对炉渣含碳量的监测，本质上是对机械不完全燃烧热损失q4的控制；炉墙温度的监测是对锅炉外表面散热损失q5的控制。对锅炉的热效率进行分析，主要可以从以下四个方面入手。

    (1)锅炉设备本身的问题：如炉膛设计不合理、受热面积灰与结垢、炉墙漏风、辅机配套、水处理设备不合格等。

(2)操作运行方面的问题：如司炉人员的操作水平、锅炉房管理和规章制度的完善程度等。

    (3)生产安排上的问题：主要表现在锅炉负荷的变化、检修是否及时等。

    (4)燃料方面的问题：锅炉实际用燃料规格、品种与设计的相差较大等。

以上这些问题在锅炉热效率及各项损失中均得到反映。实际上影响锅炉经济运行的各个因素又互相影响，最后反映在热效率上。从对工业锅炉的测试结果的统计分析可知，在工业锅炉的各项热损失中，把q2、q4、q5控制住，就基本控制住损失的70%～80%。因此对热效率试验结果分析的方法，可以从各项热损失人手，进行系统的分析，找出问题的主要矛盾并加以解决。

                                           为什么要引进空气过剩系数计算烟气折算浓度
在测试烟尘等污染物排放浓度时，引入过剩空气系数的目的之一，就是为了防止排污单位在排放大气污染物时，加大鼓引风机的风量，人为减少污染物的浓度，达到稀释排放从而达标（浓度标准）的目的。
规定统一的过剩空气系数（锅炉：除尘前1.7，除尘后1.8，炉窑1.5）就是要有一个统一的参照。

实测浓度为50mg/M3,烟气中氧量为18%，烟尘浓度应按公式进行换算（该浓度用于对照烟尘排放浓度标准，是否达标排放）。
但是在计算烟尘排放量(排放速率)时，用实测浓度进行计算，不要用换算后的浓度计算。这样,排放速率是应该符合实际的,排放浓度是经过换算后放大了的,这是标准规定的.

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