烟气分析仪如何帮助提高天然气锅炉的燃烧效率

所谓提高燃烧效率，就是要适量的天然气与适量的空气组成合适比例进行燃烧。因为空气中有79%的N2，这些N2不参加燃烧，但在燃烧过程中被加热，吸取能量后从烟道中被排到大气中去。即为了使空气中20.9%的O2参与燃烧，必须要加热比O2多将近4倍的N2，然后将其放掉。这些能量的损耗是不可避免的，但却可以减到低的程度。如果能在保证天然气充分燃耗的前提下尽可能的减少空气的输入量，则这种形式的损耗将减至低。但空气量的减少必须保证天然气充分燃烧的前提下，否则由于天然气未充分燃烧的能量损失也是十分巨大的。因此，保证天然气充分燃烧，合理控制空气输入量，有效提高天然气燃烧效率对提高锅炉运行的经济性意义重大。

一、影响天然气锅炉燃烧效率的因素

天然气燃烧效率直观体现在锅炉热效率上，天然气燃烧效率越高，锅炉热效率也越高。锅炉根据GB/T15317-2009《燃煤工业锅炉节能监测方法》、GB/T10820-2011《生活锅炉热效率及热工实验方法》与GB/T10180-2017《工业锅炉热工性能试验规程》三大标准可知，天然气锅炉节能监测项目主要包括：锅炉热效率、过量空气系数、排烟处CO含量和排烟温度等。其中，锅炉热效率与过量空气系数、排烟处CO含量、排烟温度有着密切关系。

1、过量空气系数

不同类型的锅炉，都有一个过量空气系数，但实际上几乎所有的炉子都超过设计值。过量空气系数过大或过小都会产生不良后果，过大会导致烟气体积增大，炉膛温度降低，增加排烟热损失，热效率降低；过小会使天然气燃烧不充分，产生大量CO，污染环境，同时也增大了不*燃烧热损失。可以说过量空气系数的大小直接影响天然气锅炉的热工性能，即锅炉热效率。一般过量空气系数控制在1.05~1.20之间。

2、排烟处CO含量

烟气中CO是由于天然气不*燃烧与过量空气量少产生的，天然气不*燃烧容易产生炭黑，长期积累会影响锅炉的热传递，降低锅炉的热效率，对锅炉本身造成损坏。CO含量越高，则表明天然气燃烧效率越低，过量空气量越少，锅炉热效率越低。DB11/T1231-2015《燃气工业锅炉节能监测方法》和DB37/T846-2007《燃气工业锅炉节能监测方法》分别规定了CO含量不得超过0.01%与0.02%。

3、排烟温度

造成锅炉热效率偏低的另一原因是排烟热损失。排烟热损失是锅炉的主要热损失之一，可达10%~20%，而排烟热损失主要取决于排烟温度和过量空气系数的大小。排烟温度越高，排烟处烟气焓越高，排烟热损失越大，锅炉热效率就越低。

因此，要提高天然气燃烧效率，即提高锅炉热效率（以少的天然气获得高的热量），就是要控制好过量空气系数、监测排烟处CO含量及排烟温度。

二、提高天然气锅炉燃烧效率的方法

1、烟气成分监测

上世纪60年代，曾广泛采用CO2分析仪监测烟道气体中CO2来控制过量空气以实现有效率的燃烧，但CO2受燃气品种影响较大。上世纪70年代后，逐渐采用检测烟气中CO2或CO和O2相结合的方法来控制燃烧状况。因此，改善燃烧状况直接的方法就是使用烟气分析仪器（如燃烧效率分析仪、烟气分析仪等）监测排烟处气体成分，通过测量并控制烟道气体中CO、O2、CO2的含量来调节过量空气系数，达到天然气燃烧效率大化的目的。

根据DB11/T1231-2015《燃气工业锅炉节能监测方法》和DB37/T846-2007《燃气工业锅炉节能监测方法》可知排烟处过量空气系数计算方法为公式（1）：

式中：α——排烟处过量空气系数；RO2——排烟处干燃烧产物三原子气体容积含量（%）；O2——排烟处干燃烧产物氧含量（%）；CO——排烟处干燃烧产物一氧化碳含量（%）。

因天然气热值较高，杂质较少，不*燃烧情况不多，通常认为产生的CO含量少，可将公式（1）简化成公式（2）：

式中：CO2——排烟处干燃烧产物二氧化碳含量（%）

综上所述，测量烟气中O2、CO、CO2气体体积浓度，可计算出过量空气系数。根据标准，一般采用奥式分析仪或燃烧效率分析仪可测量烟气成分并计算出过量空气系数。

燃烧效率分析仪可抽取烟道气体并自动分析其成分，计算得到炉内的过剩空气系数（实际燃烧空气量与理论燃烧空气量的比值）或燃烧效率（燃料燃烧后实际放出的热量占其*燃烧后放出的热量的比值）。燃烧效率分析仪中一般安装多个传感器，传感器根据测量原理不同分为电化学和红外两种。

电化学传感器由于结构简单，体积小巧，使用成本低等优点，大多数燃烧效率分析仪采用该原理的传感器，分别测量CO和O2，计算得到CO2，空气过量系数等其他热工参数。但在实际使用过程中，由于不同炉体烟道压力的不同，经常导致分析仪的取样流量不同或波动，电化学传感器易受到采样流量的影响，从而降低了测量精度；其次烟道排放气体中还存在SO2、NOx等其他气体，会对CO测量产生交叉干扰，影响CO与CO2测量准确度，甚至是过量空气系数的计算。

相较于电化学传感器，红外传感器具有抗干扰性好、不受取样流量影响、寿命长等优点，且红外传感器可同时实现CO、CO2测量，需要时还可扩展测量SO2、NOx等气体含量，为燃料燃烧提供更多的参考依据。同时红外传感器还具有灵敏度高，精度高，量程范围广等优点，这些特点均有利于实现燃烧的控制。综合以上原因，锐意自控基于自主知识产权气体传感器硬件及软件核心技术，针对天然气锅炉实验验收与运行调控需求，专门设计出了一款燃烧效率分析仪Gasboard-3400(P)，并在电力、钢铁、有色金属、煤化工、石油化工、空分、节能环保部门、科研院校等领域获得了广泛应用。

Gasboard-3400(P)采用非分光红外气体分析技术及长寿命电化学传感器技术，可同时测量CO、CO2与O2等气体的体积浓度，并计算得出过量空气系数。此外，天然气锅炉厂家或用户还可根据锅炉实验验收或运行调控需求选择在线型或便携型产品。相较于奥式分析仪的低精度检测、慢响应速度及繁琐的操作流程、较高的耗材成本，具有测量精度高、响应速度快、操作简单、性价比高等不可比拟的优势。

2、排烟温度测量

排烟温度高，排烟热损失大，锅炉效率下降。排烟温度每上升1℃，锅炉效率下降0.05%-0.06%。在为了降低排烟温度，减少运行中天然气锅炉的排烟热损失，应在满足燃烧反应所需空气的前提下尽量保持较低的空气系数，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。然而排烟温度不是越低越好，因为太低的排烟温度势必要增加锅炉炉尾部受热面，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，危机锅炉的安全运行。因此，需要合理测量并控制排烟温度。Gasboard-3400(P)除可测量烟气成分并计算得出过量空气系数外，还可同时测量0℃~1200℃范围内的排烟温度，为调节天然气锅炉燃烧工况提供合理依据。

燃烧效率分析仪已经成为优化天然气锅炉燃烧和运行*的重要设备。正确使用它并通过它合理调节天然气热工参数，可实现节约能源，减少助燃空气量和排风量，节省通风机动力费用，减少烟气中过量空气带走的热量损失，减少过量燃烧供给量；降低环境污染，减少NOx、SO2等污染物的排放；延长燃烧装置使用寿命等效益。

（来源：工业过程气体监测技术）