摘要：據(jù)調(diào)查顯示，火力發(fā)電是目前電力發(fā)展的主力軍，火電廠發(fā)電主要是依靠鍋爐燃燒，即燃料與氧的化學(xué)反應(yīng)。火電廠鍋爐燃燒過程中的燃燒效率控制極其重要，提高燃燒效率可保證鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性，使火電廠資源利用大化，提高產(chǎn)電率。同時(shí)，隨著國家綠色環(huán)保政策的逐漸推進(jìn)，火電廠還需要在提高發(fā)電技術(shù)的方向上著重考慮發(fā)電過程中燃料的利用率及對能源的影響，簡而言之，就是降耗減排。因此，火電廠在提高燃料轉(zhuǎn)換電能效率的同時(shí)，也要做到減少自身的能耗，降低污染排放，提高火電廠的綜合競爭力，適應(yīng)和諧社會發(fā)展的需要。

一

火電廠面臨的問題

現(xiàn)代火電廠大容量鍋爐效率一般為90-94%，但由于當(dāng)前大多數(shù)火電廠對燃燒效率控制不，導(dǎo)致炭燃燒不*，飛灰含炭量達(dá)10%-13%，鍋爐效率僅為85.3%-88.66%，極大的影響了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。此外，隨著環(huán)境污染的問題愈發(fā)嚴(yán)峻，以及火電廠超低排放改造的實(shí)施，環(huán)保部門提出了更為嚴(yán)厲的污染氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至關(guān)停了部分污染排放不達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)企業(yè)，2018年環(huán)保稅的啟征，更加快了企業(yè)尋求技術(shù)革新、降低污染排放的步伐。因此，如何提高燃燒效率，將能源損耗及污染排放降到低，是現(xiàn)代火電廠高質(zhì)量發(fā)展首要考慮的問題。

二

控制過量空氣系數(shù)是提高鍋爐效率的關(guān)鍵

提高鍋爐效率的目的是在滿足外界電負(fù)荷需要的蒸汽數(shù)量和合格的蒸汽品質(zhì)的基礎(chǔ)上，保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保運(yùn)行。具體歸納為：

1.提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

1）通過運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整盡量減少各種損失，以提高鍋爐的效率；

2）優(yōu)化配煤方式提供鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；

3）保證鍋爐正常穩(wěn)定的汽壓、汽溫和蒸發(fā)量，減少再熱器減溫水的流量等，以提高整個(gè)機(jī)組熱效率；

4）主蒸汽溫度每降低10℃，影響發(fā)電煤耗約0.93g/kWh；再熱蒸汽溫度每降低10℃，影響發(fā)電煤耗約0.75g/kWh；

5）過熱器減溫水流量每增加10t/h，影響發(fā)電煤耗約0.08～0.12g/kWh；再熱器減溫水流量每增加10t/h，影響發(fā)電煤耗約0.52～0.63g/kWh。

2.提高鍋爐運(yùn)行的安全性

1）提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性；

2）保證鍋爐燃燒*火焰均勻充滿爐膛，防止鍋爐運(yùn)行火焰偏斜；

3）減少水平煙道出口煙溫偏差；

4）減少水冷璧周圍產(chǎn)生還原性氣氛；

5）減少鍋爐結(jié)渣、防止燒損燃燒器；

6）保證水冷壁、過熱器、再熱器不超溫等。

想要提高鍋爐的熱效率，就要適當(dāng)減少鍋爐的熱損失，鍋爐的熱損失主要包括排煙熱損失、氣體不*燃燒熱損失、固定不*燃燒熱損失、鍋爐散熱損失和灰渣物理熱損失五種。而過量空氣系數(shù)是影響鍋爐熱損失的主要因素之一，也是鍋爐運(yùn)行非常重要的燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

所謂過量空氣系數(shù)，即燃料燃燒時(shí)，實(shí)際空氣供給量與理論空氣需求量的比值。鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的過量空氣系數(shù)與鍋爐類型和功率相關(guān)，具體規(guī)定為：對于燃煤鍋爐，功率小于等于45.5MW的，過量空氣系數(shù)采用1.8，功率大于45.5MW的，過量空氣系數(shù)采用1.4，對于燃?xì)饣蛉加湾仩t，過量空氣系數(shù)采用1.2。 

在實(shí)際描述中，有些鍋爐的功率以t/h計(jì)，它與MW的換算關(guān)系為：0.7MW=1t/h，比如45.5MW的鍋爐相當(dāng)于65t/h的鍋爐。 鍋爐的過量空氣系數(shù)越高，表明該鍋爐的燃燒效率越低，因此燃煤鍋爐的系數(shù)比燃油燃?xì)忮仩t要高，而小的燃煤鍋爐的系數(shù)比大的燃煤鍋爐要高。 過量空氣系數(shù)越高，也意味著氧可以越高，對于65t/h以上的鍋爐，其煙氣理論氧含量為6%，而65t/h以下的鍋爐，理論氧含量為9.3%。 

過量空氣系數(shù)過高或過低都不利于燃燒：過量空氣系數(shù)大，表示爐內(nèi)供風(fēng)過多，不僅降低爐溫，惡化燃燒，且使煙氣量增加，從而引起鍋爐排煙熱損失增加，鍋爐效率降低，同時(shí)也使風(fēng)機(jī)的電耗以及火電廠用電率和供電煤耗增加；過量空氣系數(shù)太小則會增加氣體不*燃燒熱損失和固體不*燃燒熱損失，能源利用無法實(shí)現(xiàn)大化。好的辦法是：在盡可能保證燃料得到充足O2而*燃燒的前提下，過量空氣系數(shù)越低，燃燒越經(jīng)濟(jì)。

要保證燃料燃燒正常，就要把過量空氣系數(shù)控制在合適的范圍之內(nèi)。通常采用分析煙氣中CO、O2和CO2的含量來判斷過量空氣系數(shù)的大小。一般采用燃燒效率分析儀抽取煙道氣體實(shí)時(shí)分析其氣體成分，并計(jì)算得到過量空氣系數(shù)，或采用在線煙氣分析儀連續(xù)在線監(jiān)測煙道氣中CO、O2和CO2的含量，折算過量空氣系數(shù)。燃燒效率分析儀或在線煙氣分析儀中氣體傳感器根據(jù)測量原理不同可分為電化學(xué)和紅外兩種。

電化學(xué)傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)燃燒效率分析儀采用該原理的傳感器，分別測量CO和O2，計(jì)算得到CO2，空氣過剩系數(shù)等其他熱工參數(shù)。但在實(shí)際使用過程中，由于不同爐體的煙道壓力不同，經(jīng)常導(dǎo)致分析儀的取樣流量不同或波動(dòng)，電化學(xué)傳感器易受到采樣流量的影響，從而降低了測試精度。其次由于煙道排放氣體中還存在SO2、NOx等其他氣體，會對CO測量產(chǎn)生交叉干擾的影響。此外，電化學(xué)傳感器在排放氣體濃度較高時(shí)還容易出現(xiàn)“中毒”現(xiàn)象，導(dǎo)致傳感器*失效。

相較于電化學(xué)傳感器，紅外傳感器具有抗干擾性好、不受取樣流量影響、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，且紅外傳感器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO、CO2測量，需要時(shí)還可擴(kuò)展SO2、NOx等氣體的測量，為燃料燃燒控制提供更多的參考依據(jù)。同時(shí)紅外傳感器還具有靈敏度高，精度高，量程范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)均有利于實(shí)現(xiàn)空氣過量系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算。如燃燒效率分析儀Gasboard-3400P與在線煙氣分析儀Gasboard-3000，均采用紅外氣體分析技術(shù)，并結(jié)合長壽命電化學(xué)傳感器技術(shù)，可同時(shí)測量煙道氣體中CO、CO2、O2含量，并拓展測量SO2、NOx等氣體含量。

三、超低排放成為火電廠質(zhì)量發(fā)展的重要課題

超低排放是指火電廠燃煤鍋爐在發(fā)電運(yùn)行、末端治理等過程中，采用多種污染物協(xié)同脫除集成系統(tǒng)技術(shù)使其大氣污染物排放濃度達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的排放限值，即煙塵不超過5mg/m³、二氧化硫不超過35mg/m³、氮氧化物不超過50mg/m³，比《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中規(guī)定的燃煤鍋爐重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值分別下降75%、30%和50%，由浙能集團(tuán)在2011年提出，是燃煤發(fā)電機(jī)組清潔生產(chǎn)水平的新*。

表1-1 相關(guān)大氣污染物排放濃度限值表

針對新的排放標(biāo)準(zhǔn)，原來適用于高濃度煙氣監(jiān)測的技術(shù)已經(jīng)很難準(zhǔn)確測量超低排放條件下SO2和NO濃度，這對現(xiàn)有煙氣濃度監(jiān)測技術(shù)提出了很大的挑戰(zhàn)。目前正在進(jìn)行的超低排放改造正是執(zhí)行了上述煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，大量的工程應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)反復(fù)測試表明，目前超凈排放環(huán)境下CEMS，均不能保證現(xiàn)有CEMS在“超低排放”條件下準(zhǔn)確測量。原因主要包括：

1）采樣管路吸附，待測氣體損失。

2）待測氣體溶于水，造成氣體損失，管路腐蝕。

3）分析儀表量程大，造成儀表精度低，誤差大。

任何一種監(jiān)測技術(shù)的量程、精度都有其適應(yīng)性，而非通過軟件任意修改量程就可滿足現(xiàn)場運(yùn)行要求。所以性能良好CEMS系統(tǒng)除了需要配備合適的預(yù)處理系統(tǒng)，氣體分析儀本身的性能也是十分關(guān)鍵的，針對超低排放煙氣中SO2、NO濃度低、煙氣濕度大和溫度低的特點(diǎn)，目前市面上推出了一種基于紫外差分吸收光譜氣體分析技術(shù)的超低量程煙氣分析儀，如銳意自控Gasboard-3000UV，采用*算法，可同時(shí)測量煙氣中SO2、NO、O2含量，其中煙氣中氣態(tài)水對SO2、NO測量基本無影響，煙氣中采樣流量對SO2、NO、O2測量基本無影響，多組分測量氣體間無交叉干擾，抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高，檢測下限達(dá)0.1mg/m³，滿足國家環(huán)保超低排放要求。此外，儀器光機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過高信噪比、高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，提高了儀器穩(wěn)定性。

四、結(jié)語

針對新的排放標(biāo)準(zhǔn)，原來適用于高濃度煙氣監(jiān)測的技術(shù)已經(jīng)很難準(zhǔn)確測量超低排放條件下SO2和NO濃度，這對現(xiàn)有煙氣濃度監(jiān)測技術(shù)提出了很大的挑戰(zhàn)。目前正在進(jìn)行的超低排放改造正是執(zhí)行了上述煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，大量的工程應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)反復(fù)測試表明，目前超凈排放環(huán)境下CEMS，均不能保證現(xiàn)有CEMS在“超低排放”條件下準(zhǔn)確測量。原因主要包括：

1）采樣管路吸附，待測氣體損失。

2）待測氣體溶于水，造成氣體損失，管路腐蝕。

3）分析儀表量程大，造成儀表精度低，誤差大。

任何一種監(jiān)測技術(shù)的量程、精度都有其適應(yīng)性，而非通過軟件任意修改量程就可滿足現(xiàn)場運(yùn)行要求。所以性能良好CEMS系統(tǒng)除了需要配備合適的預(yù)處理系統(tǒng)，氣體分析儀本身的性能也是十分關(guān)鍵的，針對超低排放煙氣中SO2、NO濃度低、煙氣濕度大和溫度低的特點(diǎn)，目前市面上推出了一種基于紫外差分吸收光譜氣體分析技術(shù)的超低量程煙氣分析儀，如銳意自控Gasboard-3000UV，采用*算法，可同時(shí)測量煙氣中SO2、NO、O2含量，其中煙氣中氣態(tài)水對SO2、NO測量基本無影響，煙氣中采樣流量對SO2、NO、O2測量基本無影響，多組分測量氣體間無交叉干擾，抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高，檢測下限達(dá)0.1mg/m³，滿足國家環(huán)保超低排放要求。此外，儀器光機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過高信噪比、高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，提高了儀器穩(wěn)定性。