
一、核心目的1:判斷燃燒效率,減少能源浪費(fèi)(經(jīng)濟(jì)性需求)
鍋爐的核心功能是通過(guò)燃料(煤、天然氣、生物質(zhì)等)充分燃燒產(chǎn)生熱量,而CO是燃料“不燃燒"的直接產(chǎn)物——當(dāng)爐膛內(nèi)氧氣不足、配風(fēng)不均、燃燒器故障(如霧化不良、火焰偏斜)或燃料與空氣混合不充分時(shí),燃料中的碳(C)無(wú)法氧化為CO?,會(huì)生成大量CO(反應(yīng)式:2C + O? → 2CO)。
監(jiān)測(cè)邏輯:正常滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),鍋爐尾部煙道CO濃度應(yīng)極低(通常要求≤50ppm,高效燃燒時(shí)可低至10ppm以下);若CO濃度升高(如超過(guò)100ppm),直接反映燃燒效率下降——每增加1%的CO,約對(duì)應(yīng)1%的燃料熱損失(未燃燒的碳未釋放全部熱量)。
實(shí)際作用:運(yùn)行人員可根據(jù)CO數(shù)據(jù)調(diào)整“風(fēng)煤比"(燃料與助燃空氣的比例)、優(yōu)化二次風(fēng)配風(fēng)方式(如調(diào)整各層二次風(fēng)開(kāi)度)、檢修燃燒器(如清理堵塞的煤粉噴嘴),減少燃料浪費(fèi),降低廠用電率(避免因“過(guò)氧燃燒"額外消耗送風(fēng)機(jī)電能,或“缺氧燃燒"導(dǎo)致的熱效率損失)。
二、核心目的2:預(yù)警尾部煙道“二次燃燒"風(fēng)險(xiǎn),保障設(shè)備安全(安全性需求)
尾部煙道是火電廠**最易發(fā)生“二次燃燒"事故**的區(qū)域之一,而CO是二次燃燒的“關(guān)鍵誘因與早期信號(hào)":
風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制:低負(fù)荷運(yùn)行、啟停爐過(guò)程中,或燃燒不穩(wěn)定時(shí),爐膛內(nèi)未燃燒的煤粉、油霧(尤其燃油助燃時(shí))會(huì)隨煙氣進(jìn)入尾部煙道,附著在省煤器、空氣預(yù)熱器(空預(yù)器)的受熱面或積灰上;這些可燃物在煙道內(nèi)高溫環(huán)境(通常200-400℃)下,若遇到后續(xù)補(bǔ)充的氧氣(如配風(fēng)調(diào)整后氧量升高),可能緩慢氧化放熱,當(dāng)溫度達(dá)到可燃物燃點(diǎn)(如煤粉約400-500℃),會(huì)引發(fā)“二次燃燒"。
CO的預(yù)警作用:二次燃燒發(fā)生前,附著的可燃物會(huì)先緩慢氧化生成CO(濃度會(huì)從幾十ppm驟升至數(shù)千ppm),且CO濃度升高早于煙道溫度明顯上升(溫度變化存在滯后性)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO,可在溫度異常前發(fā)出預(yù)警(如設(shè)定CO>500ppm觸發(fā)報(bào)警),運(yùn)行人員可及時(shí)啟動(dòng)“煙道吹掃"(通入冷風(fēng)降溫)、關(guān)閉燃油系統(tǒng)、調(diào)整配風(fēng),避免二次燃燒導(dǎo)致煙道內(nèi)襯燒毀、受熱面泄漏,甚至引發(fā)煙道爆炸(有些情況下,CO與空氣混合達(dá)到爆炸極限12.5%-74.2%,遇火源會(huì)爆炸)。
三、核心目的3:輔助控制環(huán)保排放,確保合規(guī)(環(huán)保需求)
雖然火電廠環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)(如《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 13223-2011)中對(duì)CO的限值較低(通常要求≤100mg/m3,約80ppm),但尾部煙道CO濃度是“燃燒系統(tǒng)是否穩(wěn)定"的“風(fēng)向標(biāo)",直接關(guān)聯(lián)其他污染物的排放控制:
關(guān)聯(lián)NOx排放:若CO濃度高(燃燒不充分),說(shuō)明爐膛局部缺氧,此時(shí)脫硝系統(tǒng)(如SCR選擇性催化還原)的還原劑(氨)可能無(wú)法充分反應(yīng),導(dǎo)致NOx去除效率下降;反之,若為降低CO而過(guò)度增加風(fēng)量(過(guò)氧燃燒),會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛溫度降低,反而可能抑制熱力型NOx生成(需平衡)。通過(guò)CO數(shù)據(jù)可優(yōu)化燃燒工況,間接穩(wěn)定NOx排放。
避免CO直接超標(biāo):部分區(qū)域環(huán)保部門對(duì)火電廠CO排放有明確限值,尾部煙道監(jiān)測(cè)可提前發(fā)現(xiàn)CO升高趨勢(shì)(如燃燒器故障導(dǎo)致局部CO突增),避免最終排放口CO超標(biāo),規(guī)避環(huán)保處罰。
四、核心目的4:保護(hù)下游脫硝系統(tǒng),延長(zhǎng)設(shè)備壽命(設(shè)備可靠性需求)
鍋爐尾部煙道后通常串聯(lián)SCR脫硝系統(tǒng)(去除煙氣中的NOx),而CO會(huì)對(duì)脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率和催化劑壽命產(chǎn)生顯著影響:
影響脫硝效率:SCR脫硝反應(yīng)(4NH? + 4NO + O? → 4N? + 6H?O)需要一定的氧氣濃度(通常要求煙氣含氧量3%-5%),而CO是強(qiáng)還原劑,會(huì)與煙氣中的O?反應(yīng)(2CO + O? → 2CO?),導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)入口氧量不足,抑制脫硝反應(yīng),降低NOx去除率。
污染催化劑:若CO濃度過(guò)高(如超過(guò)1000ppm),可能在SCR催化劑(如V?O?-TiO?體系)表面形成積碳,堵塞催化劑孔道,導(dǎo)致催化劑活性下降;同時(shí),CO還可能與催化劑中的活性組分發(fā)生反應(yīng),破壞催化劑結(jié)構(gòu),縮短其使用壽命(SCR催化劑更換成本高,單臺(tái)機(jī)組更換費(fèi)用可達(dá)數(shù)百萬(wàn)元)。
通過(guò)監(jiān)測(cè)尾部煙道CO,可及時(shí)調(diào)整脫硝系統(tǒng)的氨噴射量或催化劑再生計(jì)劃,避免催化劑失效。
五、核心目的5:診斷鍋爐系統(tǒng)故障,輔助運(yùn)維決策(運(yùn)維效率需求)
尾部煙道CO濃度的“異常變化"(如局部升高、周期性波動(dòng))可作為鍋爐系統(tǒng)故障的“早期診斷信號(hào)",幫助運(yùn)維人員定位問(wèn)題:
燃燒器故障:若煙道某一區(qū)域CO濃度顯著高于其他區(qū)域(如左側(cè)煙道CO高、右側(cè)正常),可能提示對(duì)應(yīng)側(cè)的燃燒器配風(fēng)不足、火焰熄滅或煤粉噴嘴堵塞,需針對(duì)性檢修該區(qū)域燃燒器。
風(fēng)系統(tǒng)故障:若CO濃度周期性波動(dòng)(如每30分鐘升高一次),可能關(guān)聯(lián)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡澀,或二次風(fēng)擋板開(kāi)度異常,需檢查風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行器。
燃料供應(yīng)不均:若CO濃度隨給煤機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)而變化,可能提示給煤機(jī)下煤量不穩(wěn)定(如煤倉(cāng)搭橋、給煤皮帶打滑),需排查燃料輸送系統(tǒng)。
通過(guò)CO監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其他參數(shù)(如煙氣溫度、氧量、爐膛壓力)的聯(lián)動(dòng)分析,可減少故障排查時(shí)間,降低非計(jì)劃停機(jī)概率(火電廠非計(jì)劃停機(jī)日均損失可達(dá)數(shù)十萬(wàn)元)。
總結(jié):CO監(jiān)測(cè)是鍋爐運(yùn)行的“綜合傳感器"
火電廠鍋爐尾部煙道的CO監(jiān)測(cè),并非單一目的(如僅防事故或僅提效率),而是通過(guò)CO這一“燃燒與系統(tǒng)狀態(tài)的綜合指標(biāo)",同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全預(yù)警(防二次燃燒)、效率優(yōu)化(降熱損失)、環(huán)保合規(guī)(控排放)、設(shè)備保護(hù)(護(hù)脫硝)、故障診斷(助運(yùn)維) 的多維度管理,是火電廠實(shí)現(xiàn)“安全、高效、環(huán)保"運(yùn)行的核心技術(shù)手段之一。
實(shí)際應(yīng)用中,通常會(huì)在尾部煙道的不同截面(如省煤器出口、空預(yù)器入口)布置多個(gè)CO監(jiān)測(cè)點(diǎn),避免局部濃度偏差導(dǎo)致的誤判,確保數(shù)據(jù)的代表性。