淺談氧量計測量在電廠節(jié)能與環(huán)保中的應(yīng)用

(雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司節(jié)能環(huán)保部，黑龍江 雞西 158100)

0 引 言

近年來由于煤炭行業(yè)礦難頻發(fā)，國家加大了對煤礦的整頓力度，隨著雞西礦區(qū)周圍低產(chǎn)小煤礦的關(guān)停，煤炭供應(yīng)日趨緊張。但在人們的實際生活中，電廠在運行過程中消耗了大量的煤炭，如何最大程度的節(jié)約煤炭資源就成了中心問題。該如何降低電廠對煤炭的使用率從而使電廠達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)就需要進(jìn)行大量的研究和實踐。提升電廠鍋爐的燃燒效率，就須對燃煤鍋爐進(jìn)行升級改進(jìn)，并準(zhǔn)確監(jiān)測鍋爐中各種參數(shù)值的變化，從而從根本上實現(xiàn)最優(yōu)化燃燒。鍋爐中含氧量相比其他參數(shù)而言較易調(diào)節(jié)，運行的范圍也較廣泛，且在鍋爐中含氧量發(fā)生變化時，還會對鍋爐的煙氣量帶來變化，改變其他參數(shù)值。因而如何有效地控制鍋爐中的含氧量，對電廠的節(jié)能和環(huán)保目標(biāo)來說具有十分重要的意義。

1 氧量計測量儀的應(yīng)用背景

測量煙氣中含氧量的儀表被叫做氧量計，氧分析儀通常情況下分為熱磁式和氧化鋯式兩種，文中主要分析的是氧化鋯式氧量分析儀。在電廠鍋爐工作過程中，其燃料在燃燒過程中所產(chǎn)生的熱量并沒有被完全利用。針對鍋爐燃燒進(jìn)行分析得知，有效熱量就是使得物料在加熱過程中一定要傳入的熱量，鍋爐煙氣所帶走的部分熱量則是熱量損失中的很大一部分。若是鼓風(fēng)量過大，雖能使鍋爐中的燃料可以充分燃燒，但是也會增加煙氣中的空氣含量，使得煙氣中氧氣的含量過高，這時剩余的空氣就會增加鍋爐的熱損失，降低鍋爐的燃燒效率。另外，過剩的氧氣還會和燃料中的硫以及煙氣中的二氧化硫、氮氣等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒物質(zhì)。若是鼓風(fēng)量過低，就會使得煙氣中的氧氣的含量大大降低，一氧化碳的含量增加，雖然這樣煙氣的熱量損失能降到最低，但是此時鍋爐中的燃料并沒有完全燃燒，就會增加鍋爐的熱損失，降低鍋爐的熱效率，同時也會對大氣環(huán)境造成污染。

20世紀(jì)60年代，人們就曾采用二氧化碳分析儀來測量煙氣中二氧化碳的含量從而有效控制空氣中的消耗系數(shù)來達(dá)到控制鍋爐燃燒效率的目的，但由于不同的燃燒中二氧化碳的含量差異較大，無法取得理想的效果，因而在20世紀(jì)70年代之后，人們就逐漸采用測量煙氣中氧氣含量的方法來有效控制鍋爐的燃燒效率。提升鍋爐燃燒效率最為直接的方法就是采用煙氣分析儀來對煙氣中氣體的成分進(jìn)行隨時監(jiān)測，繼而有效分析煙氣中一氧化碳和氧氣的含量值，不斷調(diào)節(jié)燃料和空氣的比例，最終有效提升鍋爐的燃燒效率。

2 氧量測量的理論基礎(chǔ)

首先如果要進(jìn)行氧量測量就必須有測量儀器，一般用來測量燃煤鍋爐內(nèi)氧量的測量儀器是氧化鋯傳感器。在電廠工作運行中, 所有的氧化鋯傳感器都由以下基本原理進(jìn)行，傳感器中的電池是由固態(tài)氧化鋯電解質(zhì)與兩個鉑電極而組成的。鉑電極在氧化鋯陶瓷片的兩側(cè)進(jìn)行燃燒, 并將燒煤材料進(jìn)行脫硫, 做到低氮燃燒技術(shù), 從而暴露在被測量的氣體中。氧化鋯是一種陶瓷, 它本身具有離子導(dǎo)電性, 在溫度達(dá)到1 150 ℃時, 氧化鋯就會由原先的晶體轉(zhuǎn)變成全新的立方晶體型, 此時會有約7%的體積發(fā)生收縮，氧化鋯還會隨著溫度的降低變回單斜晶體。氧化鋯在經(jīng)過反復(fù)的加熱與冷卻之后就會爆裂, 正因如此, 氧化鋯傳感器在制造過程中不可以采用任何的純凈氧化鋯作為對氧量測量的元件。在制造過程中需要在氧化鋯內(nèi)添加適量的氧化鈣, 作為加熱冷卻過程中的穩(wěn)定劑,只有這樣才能保證其不會爆裂, 制作完成后經(jīng)過不斷的高溫燃燒就會形成一種具有超強穩(wěn)定性質(zhì)的氧化鋯材料。

在一般情況下，氧化鋯傳感器的工作溫度都在300 ℃以上，此時氧離子會在氧化鋯傳感器中發(fā)生遷移，最后在氧化鋯的傳感器兩側(cè)就能實現(xiàn)電解質(zhì)表面的氧化平衡。由此我們得知，提升正常工作中的溫度就能有效改善傳感器的性能。然而，由于高溫也會破壞傳感器的材料，針對這一原因，在工業(yè)生產(chǎn)過程中都將溫度控制在700 ℃～800 ℃之間。

3 利用氧化鋯分析監(jiān)測儀監(jiān)控電廠鍋爐的燃燒過程

工業(yè)氧化鋯分析儀在監(jiān)測燃燒狀態(tài)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在耗能行業(yè)以及燃燒設(shè)備中都發(fā)揮了十分重要的作用。在通常情況下，在氧氣濃度為零、二氧化碳濃度值達(dá)到最大值時是燃燒過程中的最佳狀態(tài)。在最佳的燃燒狀態(tài)下，鍋爐中燃料以及氧氣的比例應(yīng)完全符合理想中的比例。一般情況下，氧氣中的主要成分為水和二氧化碳，此外還含有極少量的氣體，例如氮氧化合物和二氧化硫等氣體，這些氣體主要來源于空氣中的氮氣被氧化，還有一部分來自燃料中的雜質(zhì)燃燒所產(chǎn)生。針對電廠的運行效率進(jìn)行分析，氧氣的含量降低，就會使鍋爐在燃燒過程中的排煙熱以及送引分風(fēng)能大大降低，同時也會增加那些未燃燒的灰碳損失，最終使得燃燒煤的含量增加；針對汽溫和減溫水進(jìn)行分析后得知，這兩種參數(shù)的情況較為復(fù)雜，其和鍋爐在設(shè)計過程中的特性具有一定的聯(lián)系，通常情況下，氧氣的含量也就是機組煤在燃燒過程中耗煤量最低時進(jìn)氧量的最佳控制值，并且這一值也會依據(jù)優(yōu)化范圍的不同而發(fā)生變化，在此過程中可盡量降低燃燒過程中涉及到的參數(shù)的數(shù)量，從而有效簡化最佳狀態(tài)下氧氣含量的計算值。在通常情況下，氧氣含量在0.75%～2%的含量值時，鍋爐的燃燒效率最高。針對不同的煙氣測量溫度計算得知，氧氣含量每降低1%，就能有效減少燃料的1%～3%。

4 結(jié)束語

總而言之在我國氧量計測量是比較先進(jìn)的一種能讓發(fā)電廠節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，尤其是氧化鋯氧量測量計，為我國的各大發(fā)電廠提供了精確的含氧量濃度并可檢測整個燃燒過程，采用氧量計測量煙氣中氧的含量，最終能達(dá)到有效提升燃燒裝置的燃燒效率、減少環(huán)境污染的目的，對企業(yè)而言具有十分重要的意義。