浅谈烟气CO装置在650MW机组中的应用

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浅谈烟气CO装置在650MW机组中的应用锅炉烟气CO是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的一项重要指标，根据测量燃烧各个数据（CO2、O2、CO、CO+O2）对比，利用CO+O2数据，直接反映炉膛的燃烧状态，可监测局部的缺氧，提供精细化燃烧，实现低氧控制，这一特性使其完全适应目前国内火力发电厂，具有极高的推广应用价值。华润电力（常熟）有限公司1号锅炉通过该装置的投运，在燃烧优化调整过程中能及时的获得实时、准确的CO数据，显著提高了机组运行的经济性和安全性。

关键词：一氧化碳；电化学；在线测量；燃烧效率

目录

1 目前存在的问题

纯测量烟气O2并不能反映炉内煤粉和空气混合状况的好坏，即使O2足够，若混合不好，也会使不完全燃烧损失增大。锅炉在实际运行中，由于各种因素的影响，燃料是不可能达到完全燃烧的，烟气中将会含有CO、H2、CH4等可燃气体，其中，H2和CH4等气体的含量极微可忽略不计，因此，只考虑CO即可。为了了解炉内不完全燃烧程度，以便进行燃烧调整，就需要知道烟气中CO的含量。目前，电力企业常规的燃烧调整是通过锅炉尾部烟道气O2含量来调整，由于目前O2测量存在误差，运行人员在锅炉实际燃烧控制时，一般会设置较大的过量空气系数，实际表现是O2偏大，这样便造成锅炉机组运行不经济，主要体现在风机单耗增大、厂用电率增大、烟气量过大、排烟损失增大、锅炉效率降低。

综上所述，针对目前锅炉缺乏有效的燃烧效率监测手段，致使锅炉运行存在炉膛高温腐蚀、燃烧不均衡等运行问题及隐患，而传统的以过量空气系数为原则的燃烧控制因为长期受到负荷调整、煤种变化、烟道漏风、气流扰动等综合因素的影响，难以满足现场要求，锅炉运行存在一定的安全隐患，并且效率偏低。华润电力（常熟）有限公司1号锅炉为650MW机组锅炉，2016年10月在锅炉脱硝反应器出口烟道上安装了2套一氧化碳装置，该装置由2套控制单元和2套取样、测量单元组成，取样、测量单元分别安装在A、B两侧的烟道上。

2　烟气CO装置系统结构

该装置由一套探头单元、一套反吹单元和一套分析单元组成，如图1所示。

烟气CO在线监测装置由样气处理系统、分析系统两部分组成，样气处理系统应包括探头单元、取样单元、采样管线、反吹单元等组成，探头单元应确保防堵和耐磨。分析系统对所有测量数据进行分析、处理，最终计算出CO的实时值。CO值在控制单元的显示屏上进行实时显示，同时通过D/A模块将4~20mA的CO量模拟信号传送到1号机组的DCS系统。

3　烟气CO装置测量原理及特点

该装置采用的是新型半固态电解质电化学传感器测量原理，该装置传感器本身是一个密封的容器，由新型半固态电解质、金属阳极和金属阴极构成，气体扩散进入传感器室，经由透气膜进入电解槽，使在电解质中被扩散吸收的气体在规定的氧化电位下进行电位电解，根据耗用的电解电流求出其气体的浓度。

该测量原理具有测量精度高(1ppm)，相应电化学电解质单一，CO浓度分析无干扰，零点漂移较小，双传感器自动校正，双传感器自动切换、互为备用，启动时间短，维护量小，无需停机等优势，而且测量结果与煤质和负荷无关，不受煤种变化、负荷变化的影响。该装置不但解决了目前国内采用远红外法，激光原位法，催化燃烧法技术的CO产品存在的测量结果受粉尘，二氧化碳及可燃气体变化影响较大的问题，同时可通过一氧化碳监测的数据来优化氧量的控制，使煤粉达到充分燃烧，从而提高燃烧效率，带来节省燃料的效果，从而能为机组优化燃烧提供实时、准确地调整依据。

4　烟气CO装置测量过程

烟气CO装置探头单元首先在锅炉脱硝反应器出口烟道采集样气， 然后CO测量系统有一台连续运转的取样泵，通过采样管以一定的流量从探头单元中抽入样气。因烟道内样气的温度在300℃左右，为了避免样气产生冷凝现象，在烟气CO装置探头单元和采样管需做伴热，当样气进入机柜内时，因样气温度比较高，需降低温度，样气首先由制冷器降至一定温度。样气含有湿气和酸性成分，通过过滤器将湿气和酸性成分排除。样气中包含的任何颗粒物都会被精密过滤器滤除。然后由采样泵的出口送入电化学传感器，进行分析并在控制单元的显示屏上进行显示。同时由D/A模块将4~20mA的CO含量模拟信号传送给机组的DCS系统。在测量的过程中定时反吹，反吹单元的作用是定期对探头进行反吹扫，确保粉尘不会堵塞探头滤芯，反吹过程按照反吹时序依次吹扫，吹扫时序由反吹控制单元控制。反吹控制单元主要由电源、PLC等组成，并通过控制电缆与分析单元和反吹单元分别连接，反吹控制单元由分析单元给出输入信号，输出信号接入反吹单元，确保反吹单元按照设置好的反吹时序进行反吹扫。

5　烟气CO装置投运情况及效益分析

烟气CO装置安装于华润电力（常熟）有限公司1号锅炉脱硝反应器出口烟道上，在A、B两侧烟道上各安装了1套取样、测量单元。

从图上可以看出，在500MW负荷下，当A、B侧烟气O2控制在2.8%以上时，CO均未出现，而又保证了低氧运行，而当O2低于2.8%时，均有CO出现，电厂在短时间内通过增加送风使燃烧恢复了正常，通过CO和O2的同时监测，可快速了解和控制燃烧过程，并对O2控制点进行不断修正。并且通过一段时间的运行可以了解到，该厂在500MW工况下，最佳O2控制点在2.8%左右，CO的监测在整个燃烧过程中为燃烧控制起了关键性的参考作用，通过CO和O2的同时测量可不断追寻O2的更优控制点。

在实际应用中, 若仅按省煤器出口烟气中O2进行燃烧调整, 则常常使锅炉在较高的过量空气下运行, 造成效率下降, 但若仅按尾部烟气中CO浓度进行调整, 则就不能判明CO浓度升高的原因是总风量不足，还是因局部燃烧配风不良, 即使CO浓度不高, 也不能判明总风量是否合适, 所以, 两者应相互配合, 互为补充。归结起来, 合理的方法是, 先按O2进行粗调整, 然后以CO浓度为准进行细调, 从而达到高效率、受热面不结渣、不腐蚀的最佳运行状态。

装置投运情况

该装置的主要部件都采用了性能可靠的进口器件，装置整体结构设计合理，维护方便，其中，探头单元采用了独特的防堵灰和耐磨损设计（该项设计获得了国家专利），极大的提高了装置运行的可靠性。自投运至今，装置运行稳定，测量准确。

效益分析

综上所述，电厂通过监测CO的数据进行锅炉燃烧系统的调节和完善，是非常有必要的。原先针对于特定锅炉设计的烟气氧量指导值的做法有待商榷。事实上，随着锅炉燃烧外部条件的变化，煤种的变化及其他变量的发展，依据烟气中风煤比的动态平衡不断在控制过程中设定动态控制目标，再追踪这个目标，从而达到燃烧效率的最优化。

6　结论

大型燃煤锅炉烟气中CO的监测是一种先进的炉内燃烧优化方法。与O2测量相比，具有取样系统简单，烟道漏风影响很小，反应灵敏, 能直观判别炉内局部缺风等优点。在利用CO监测进行燃煤锅炉燃烧优化的同时，仍应采用O2测量，以O2测量进行过量空气的粗调整，而以CO监测进行细微的燃烧调整。

通过监测CO的数据，达到了如下效果：

（1）可通过CO监测的参考，降低富氧运行时的烟气含氧量，从而节省送、引风机的电量；

（2）可通过CO监测的参考，减少了针对于大气的NOx、CO、SO3排放，从而减少了脱硫、脱硝的成本；

（3）可通过CO监测的参考，优化氧量的控制，使煤粉达到充分燃烧，从而提高燃烧效率，带来节省燃料的效果；

（4）减少了还原性气体产生时导致的炉壁、水冷壁腐蚀，从而减少了长期维护费用。

（5）减少了还原性气体充斥，而氧气含量不足时，熄火停机的危险。