什么是烟气?

不断增加的各种燃烧所产生的污染是现在城市以及郊区环境污染的核心。烟雾,酸雨和不断增加的过敏症病人的数量与环境污染有着直接的关系。解决环境的污染就必须减少污染物质的排放。污染物质减少的途径只有设备更有效的运转或者是停止排放有害气体的锅炉的工作。烟气分析设备提供了一种减少集中污染物质和调整设备以达到更高效率的手段。

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主要测量的单位

烟气中的污染物质,可以以烟气成分的浓度检测出来。下面的单位既为常用单位:

ppm  (百万分之比) 和百分比(%)
ppm 这个单位是不受压力和温度影响的,并且用于表示低浓度气体的。如果出现高浓度,则会用百分比,其转化方式如下:

  • 10000 ppm  = 1 %
  • 1000 ppm = 0.1 %
  • 100 ppm = 0.01 %
  • 10 ppm = 0.001 %
  • 1 ppm = 0.0001 %


mg / m3 (毫克每立方米)
以 mg / m3 为单位,标准体积(标准为立方米,m3 )作为参考,而污染物则以质量毫克来表示( mg )。因为这个单位是随压力和温度变化而改变, 随着烟气中氧含量的改变而变化(烟气被环境空气所稀释)。因此这个测量值必须转换至一个固定的氧含量,即为参考氧含量( O2 参考值)。只有换算到氧参考值下的数据才能直接进行比对。将单位从 ppm 转化为 mg/m³ 时,同样也需要烟气中实际测量的氧含量值(O2)。在这个转化中,一氧化碳(CO),氮氧化物(Nox)和二氧化硫(SO2)转换公式如下:

换算公式

燃料燃烧

燃料本质上是由碳和氢组成。当这些物质在空气中燃烧时,消耗氧气(O2)。这个过程就称之为氧化。燃烧空气和燃料中的元素,组成了新的结合。

燃料烟气成分

因此我们可以通过燃烧产物了解燃烧器的燃烧状态。

直接测量的参数

 

环境空气温度(AT) 环境温度由燃烧器进气口处测得。在不受环境空气影响的情况下,环境温度应从进气管的适当位置测得
热点处的烟气温度 烟气温度由烟气热点处测得。此处即为温度和二氧化碳(CO2)含量最高而氧(O2)含量最低处。
抽力 / 烟气对流 在自然对流锅炉中,抽力或烟气对流是烟气流动的基本需求。高温废气的密度比外界常温空气要低,会造成烟道内一部分的真空状态。这就是所谓的对流。这股气流将吸入环境空气并克服所有锅炉和管路内的阻力
气流压力 当检验气体加热器的时候,必须测量供气管中的气流压力并检查是否符合制造商额定的数值。这就要通过差压测量。
环境CO 测量 在进行烟气测量的同时,应另外测量环境CO 的含量。因为在维修燃烧炉时,烟气的倒流会引起CO 含量过高。从而导致维修人员中毒。所以CO 测量应该在所有的测量之前进行。
排气成分 O2, CO, NO/NO2 (氮氧化物),通过氮氧化物的测量可以检验燃烧情况来减少氮氧化物从燃烧器中的排放。氮氧化物为一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)含量的总和。在小型锅炉(除了冷凝炉)中,NO NO2 的比例通常都是固定的(97% NO3% NO2)。因此,氮氧化物(NOX)通常都通过一氧化氮(NO)的测量数值计算得来。

计算参数(德图烟气分析仪可自动计算)

 

烟气损失(qA) 烟气损失是烟气和周围空气环境的热能级别之间的区别,并且涉及到燃料的净热值。烟气损失越高,燃烧效率就越低,并导致加热单元的高排放。因此,燃烧器的烟气损失是有限制的。在决定了含氧量,烟气与周围空气温差,以及燃料特性后,烟气热损失就可以计算了。
加热系统最适合的设置是基于考虑到它自己的烟气损失:
1%烟气损失 =  1%的燃料消耗 
能量损失/ =  烟气损失×燃料消耗/
二氧化碳浓度 (CO2) 烟气中二氧化碳的含量代表着燃烧器的燃烧质量(效率)。如果CO2和空气成比例(完全燃烧),烟气的热量损失是最小的。
不同燃料的
CO2max值:
轻油
15.4vol.% CO2
天然气11.8vol.% CO2
18.5vol.% CO2
CO2max
值和烟气的含氧量可以计算出烟气中CO2含量
过剩空气系数λ 燃烧中需要的氧气是通过周围的环境空气供给给锅炉的。为了实现完全燃烧,往往需要比理论上更多的氧气。实际用到的氧气与理论需要的氧气的比率就叫做λ(过剩空气系数)空燃比是由COCO2O2的浓度决定的,每个CO2含量都对应一个特定的CO含量(空气不足/λ<1)或者O2含量(空气过剩/λ>1)
净效率 当烟气中没有水蒸气,只有热能时,烟气分析过程中计算出来的效率就是净效率。计算时,只考虑燃料的净热值
毛效率 当考虑到烟气中的水蒸气的潜在热能时,烟气分析过程中计算出来的效率就是毛功率。计算烟气损失过程中,使用燃料的毛热值

燃烧炉的调节

调节的目的是由于环境的需求和对燃料最有效的利用 (化学计量学概念上的燃烧)和设备处在最佳使用状态。
最大的燃烧效率只有在空气少量过剩空气,热损失最小时达到的。

在单一化的形态下,以下法则适用:

 

获得最大的燃烧效率: CO2含量应尽可能的高
  CO含量应在安全极限内
  (非常低)


低温和冷凝炉

怎样调节锅炉?

  • 调节燃烧器达到锅炉的额定热量
  • 调节烟气浓度至限定数值,如烟气损失等
  • 调节新系统使黑度小于1
  • 调节新系统中的CO2浓度至大约11-13%
  • 调节烟气温度至制造商额定数值
  • 调节CO浓度至最优



测量时的影响因素


烟气温度会被以下因素所影响:
- 当烟气探头垂直烟道放置时,有冷凝水吸附在热电偶上(温度传感器)。
补救措施:烟气探头应该保持向下倾斜一定角度,以使冷凝水不易吸附或滴落。

当烟气损失过高时可能由以下因素引起:
- 调零时由于烟气探针温度过高,导致获得错误的环境温度。建议:用独立的环境空气探头测量环境温度。
- 错误的燃料设置。
- 燃气燃烧器中热点的温度波动。此时,要精确测量有一定的难度。

烟气对流测量值偏低可能由以下因素引起:
• 压力传感器没有正确归零
• 压力气路漏气
• 燃气燃烧器中的对流太强会导致CO 浓度增大。用对流控制阀可以避免这种情况