烟气分析设备在生物质锅炉爆燃中的定量检测应用

罗立霄，林莉

(1.广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530219；2.中国航发贵阳发动机设计研究所，贵州 贵阳 550008)

生物质锅炉是以生物质能源作为燃料的锅炉，广泛应用于纺织、印染、农林加工、甘蔗糖生产、生物质发电等行业，是一种较为环保的能源设备。随着新能源技术的不断发展，生物质锅炉应用越来越广泛，但是其特殊的燃烧方式，特别是燃烧过程中常常伴随爆燃现象，造成严重的环境污染，破坏炉墙结构稳定性，严重时危及锅炉的整体安全。因此，研究生物质燃烧技术，定量检测爆燃的规模和频率，是深入研究爆燃现象、克服燃烧缺陷的前提。

1 生物质锅炉特点

生物质锅炉一般以农林废弃物（如秸秆、木柴、甘蔗渣、树皮等）为燃料，其成分特殊，其主要有以下几个特点：高挥发性，挥发份平均含量高达75%～88%，利于燃烧；热分解物高，燃料中纤维素和半纤维素高温分解析出挥发分；水分高，变化范围大，一般在5%～60%之间等。生物质燃料燃烧过程经历了四个阶段：（1）燃料中水的蒸发；（2）燃料中的气或者汽化成分释放；（3）释放的气体与空气中的氧在高温下燃烧，并产生高温分解物的喷射；（4）燃料中的剩余物（主要是碳）燃烧。

生物质锅炉以生物质能源作为燃料，充分利用燃料的广泛性，集中燃烧吸收热量，降低环境污染，是一种能源转换设备。由于生物质特殊的成分和燃烧过程，导致在燃烧过程中容易产生爆燃现象（图1），轻则损坏炉膛墙壁，燃烧效率低下，环境污染；严重的危及锅炉本体结构安全，炉膛爆炸。炉膛爆燃是一种复杂的现象，其规模和频率往往难以定量检测。

图1 某甘蔗渣锅炉爆燃现象

2 烟气分析设备

烟气分析仪配备多种采样探针、传感器，是利用电化学传感器连续分析测量CO2、CO、NOx、SO2等烟气含量的设备。一般烟气设备可测量参数有烟气温度，氧气(O2)、二氧化硫（SO2)、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢（H2S）、碳氢化合物（CXHY）等气体成分浓度。在锅炉监控检测中，可以利用烟气分析设备连续检测的烟气成分间的变化来间接分析锅炉燃烧状况，比如燃烧中心区域的合理性、燃烧是否充分、燃烧的总体效率等。

3 爆燃实例检测

结合烟气分析设备的技术特点，综合应用其在生物质锅炉烟气成分检测的优势，通过连续检测广西某110t 生物质锅炉（以甘蔗渣为燃料）的烟气成分，定量检测出爆燃规模和频率。甘蔗渣是制糖工艺过程中，甘蔗经过榨糖后剩下的渣，其主要成分是水分和植物纤维（表1）。

表1 某甘蔗渣燃料成分

烟气分析设备在尾部烟道最后一组受热面（空气预热器）之后500mm 处，连续检测360S 烟气的O2成分，检测记录O2成分随时间的变化（图2）。经过分析，爆燃前后的O2平均含量由6.8%迅速下降爱到4.2%，爆燃瞬间O2不足达到38%，规模较大；在检测时间内出现3 次爆燃，爆燃周期在110 ～120S 之间，其频率为0.5 次/每分钟（0.008Hz）。

通过烟气分析设备定量检测爆燃的规模和频率后，再结合锅炉运行特性，进一步调整锅炉的给料和配风，缩小爆燃规模，延长爆燃周期，增加锅炉运行安全和节能指数。

图2 某甘蔗渣锅炉烟气O2 成分

4 结语

我国是农林业大国，大量的农林业产生的原料给生物质锅炉的推广提供了坚强的物质保障，不仅能够解决农林燃料焚烧问题，同时将资源充分利用，燃烧剩下的灰渣亦是优良肥料。利用农林剩余物作为锅炉燃料使用具有环境友好、可以再生的特点，研究生物质燃烧的爆燃规模和频率，为锅炉安全和节能运行提供精准数据支撑，对优化我国能源结构，减轻环境污染，具有积极的意义。