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[摘 要]锅炉烟道排烟检测不仅仅是对锅炉燃烧后排放污染物的在线检测系统，通过对锅炉尾部烟气检测数据分析，可发现锅炉燃烧工况的症结所在，对控制系统进行调整优化，改善锅炉燃烧工况，达到节能、降耗、减排效果。
[关键词]锅炉;燃烧工况;污染源;氧含量;在线检测
[中图分类号]TK229.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–0–02
[Abstract]Boiler flue exhaust gas detection is not only an online detection system for pollutants discharged after the boiler is burned. Through the analysis of the tail gas detection data of the boiler， the crux of the boiler combustion conditions can be found， and the control system can be adjusted and optimized. Improve boiler combustion conditions to achieve the effects of energy saving， consumption reduction， and emission reduction.
[Keywords]boiler; combustion conditions; pollution source; oxygen content; online detection
1 鍋炉定义
锅炉是通过燃烧化石等可燃物质产生热量并将水转化为高温高压蒸汽，使热能释放并转移或转化为动能的设备，是工业企业动力系统主要设备，在工业生产中广泛应用。同时锅炉又是大气污染（烟尘PM2.5）、二氧化硫等主要污染源，现在对环保控制要求越来越严格，企业节能减排压力越来越大，在锅炉尾部烟道安装在线检测系统是环保监控的必然趋势。
2 锅炉排烟影响因素分析
锅炉排烟状况在很大程度上反映了锅炉燃烧工况（燃料量与氧量比值），而锅炉尾部烟道在线检测量主要是烟尘、二氧化硫、烟气含氧量等，均与锅炉燃烧工况密切关联，尤其是烟气含氧量。
烟气含氧量是锅炉燃料燃烧后排出的烟气含氧量，与锅炉燃烧效率、排烟损失相关。影响烟气含氧量的主要因素有燃料量、燃料成分、空气量，即燃烧工况。锅炉烟气环保在线检测中的二氧化硫含量是通过烟气含氧量的换算数据，如式（1）所示：
p为折算后的二氧化硫排放浓度，P为二氧化硫排放浓度; C为氧气实测值，C为锅炉额定负荷燃烧时氧气值。
因此，对锅炉尾部烟道在线检测系统数据的监控、分析，即可观测污染物参数实况，又可对锅炉燃烧工况进行比对，通过调整风机开度、转速以调整送入炉膛空气量，达到烟气排放达标和确保锅炉内燃料充分燃烧的效果。
某厂运行一台SHZ20-1.25油气锅炉，图1是该炉燃烧天然气时尾部烟道在线检测系统数据截屏。
系统在8：00—17：00以每小时检测一次的频率，测得10组氧含量数据在0.227%～3.107%，对应的折算二氧化硫浓度数据在121.85～185.63mg/m3，超过了环保锅炉燃用天然气排放二氧化硫100mg/m3限值。期间观察炉膛、燃烧器及锅炉负荷均正常，用环保部门的移动烟气检测仪现场检测比对，检测系统数据截屏如图2所示。
系统在13：16—14：43以3～10min检测一次的频率，测得24组氧含量数据，其中17组在0.17%～5.32%，对应的折算二氧化硫浓度数据在59～98mg/m3，二氧化硫浓度相对较高，接近排放限值;另7组数据在氧含量15.87%～21%，对应的折算二氧化硫浓度数据在0～8mg/m3，二氧化硫浓度很低。移动烟气检测仪与在线检测在检测频次差异导致检测有误差，却基本趋同;但移动烟气检测仪还有一个重要检测参数：一氧化碳含量，图中氧含量数据，其中14：14及14：17两组氧含量0.23%及0.25%，对应一氧化碳含量：102mg/m3及41mg/m3，可判定期间为停炉（实测数据为烟道内残余量，锅炉停炉并未产生任何CO、SO2）;13：20及13：29两组氧含量5.32%及16.31%，对应一氧化碳含量：7 911mg/m3及2 370mg/m3，可判定期间为启炉;7组数据：氧含量15.87%～21%，对应的折算一氧化硫浓度数据：0～167mg/m3，为锅炉正常运行;13组氧含量：0.17%～5.32%，对应一氧化碳含量：9 475～9 958mg/m3，为锅炉运行期间天然气未完全燃烧工况，由天然气（主要成分甲烷CH4）燃烧反应式（Q为热量）：
CH4+2O2=CO2+2H2O+Q1（完全燃烧） （2）
2CH4+3O2=2CO+42H2O+Q2（不完全燃烧） （3）
一氧化碳是天然气不完全燃烧的中间产物，放热量Q2 一氧化碳可继续燃烧：2CO+O2=2CO2+Q3 （4）
完全燃烧与不完全燃烧热量：Q1=Q2+Q3锅炉烟气含氧量低导致不完全燃烧，Q3热量完全损失，产生CO、SO2污染物高排放。
3 烟气含氧量数值优化措施
通过对该锅炉尾部烟道在线检测及移动烟气检测仪数据比对分析，烟气含氧量低是锅炉燃烧工况差的重要因素，要改善锅炉燃烧工况，需提高烟气含氧量，即适当加大锅炉风机送风量，根据锅炉烟气流程制定烟气含氧量控制流程，如图3所示。
空（氧）气经风机在燃烧器与天然气混合点火喷入锅炉炉膛燃烧，形成高温烟气经水冷壁、对流管充分换热后进入尾部烟道、烟囱排放到大气;在尾部烟道安装在线检测系统，烟气成分，含量经传感器到锅炉控制系统，设定优化给氧量参数，由风机变频器调控风机电机转速或风机风门调节风阀开度，烟气含氧量控制方案，如图4所示：
因锅炉负荷、送风量、烟气含氧量不是线性的，其函数关系异常复杂，可用比例渐进法在燃烧器控制板调增锅炉风机送风量，送风量调增量须使尾部烟气检测含氧量达到15%～20%为确定值，超过20%则过氧燃烧，锅炉热效率反降低;按此规律，调整数据见表1。
调整参数后，锅炉尾部烟道在线检测系统数据截屏，如图5所示。
从数据看，二氧化硫折算浓度在30mg/m3以下，远低于表1数据，锅炉燃烧工况也大有改善。
4 结语
通过严格执行环保排放标准，对锅炉尾部烟气检测数据分析，可发现锅炉燃烧工况的症结所在，有针对性地调整优化，达到节能、降耗、减排效果。二氧化硫含量是通过烟气含氧量的换算数据，在锅炉停炉或运行点火期间，二氧化硫折算数据是不实的，停炉期间锅炉不产生二氧化硫，是0排放。有必要在尾部烟气检测中增加一氧化碳检测参量，可很直观地判断锅炉燃料是否完全燃烧，也可将该参量加入锅炉燃烧控制参数，优化燃烧控制系统。
参考文献
[1] 固定污染源烟气（SO2，NOX，颗粒物）排放连续监测技术规范：HJ 75—2017[S].
[关键词]锅炉;燃烧工况;污染源;氧含量;在线检测
[中图分类号]TK229.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）08–0–02
[Abstract]Boiler flue exhaust gas detection is not only an online detection system for pollutants discharged after the boiler is burned. Through the analysis of the tail gas detection data of the boiler， the crux of the boiler combustion conditions can be found， and the control system can be adjusted and optimized. Improve boiler combustion conditions to achieve the effects of energy saving， consumption reduction， and emission reduction.
[Keywords]boiler; combustion conditions; pollution source; oxygen content; online detection
1 鍋炉定义
锅炉是通过燃烧化石等可燃物质产生热量并将水转化为高温高压蒸汽，使热能释放并转移或转化为动能的设备，是工业企业动力系统主要设备，在工业生产中广泛应用。同时锅炉又是大气污染（烟尘PM2.5）、二氧化硫等主要污染源，现在对环保控制要求越来越严格，企业节能减排压力越来越大，在锅炉尾部烟道安装在线检测系统是环保监控的必然趋势。
2 锅炉排烟影响因素分析
锅炉排烟状况在很大程度上反映了锅炉燃烧工况（燃料量与氧量比值），而锅炉尾部烟道在线检测量主要是烟尘、二氧化硫、烟气含氧量等，均与锅炉燃烧工况密切关联，尤其是烟气含氧量。
烟气含氧量是锅炉燃料燃烧后排出的烟气含氧量，与锅炉燃烧效率、排烟损失相关。影响烟气含氧量的主要因素有燃料量、燃料成分、空气量，即燃烧工况。锅炉烟气环保在线检测中的二氧化硫含量是通过烟气含氧量的换算数据，如式（1）所示：
p为折算后的二氧化硫排放浓度，P为二氧化硫排放浓度; C为氧气实测值，C为锅炉额定负荷燃烧时氧气值。
因此，对锅炉尾部烟道在线检测系统数据的监控、分析，即可观测污染物参数实况，又可对锅炉燃烧工况进行比对，通过调整风机开度、转速以调整送入炉膛空气量，达到烟气排放达标和确保锅炉内燃料充分燃烧的效果。
某厂运行一台SHZ20-1.25油气锅炉，图1是该炉燃烧天然气时尾部烟道在线检测系统数据截屏。
系统在8：00—17：00以每小时检测一次的频率，测得10组氧含量数据在0.227%～3.107%，对应的折算二氧化硫浓度数据在121.85～185.63mg/m3，超过了环保锅炉燃用天然气排放二氧化硫100mg/m3限值。期间观察炉膛、燃烧器及锅炉负荷均正常，用环保部门的移动烟气检测仪现场检测比对，检测系统数据截屏如图2所示。
系统在13：16—14：43以3～10min检测一次的频率，测得24组氧含量数据，其中17组在0.17%～5.32%，对应的折算二氧化硫浓度数据在59～98mg/m3，二氧化硫浓度相对较高，接近排放限值;另7组数据在氧含量15.87%～21%，对应的折算二氧化硫浓度数据在0～8mg/m3，二氧化硫浓度很低。移动烟气检测仪与在线检测在检测频次差异导致检测有误差，却基本趋同;但移动烟气检测仪还有一个重要检测参数：一氧化碳含量，图中氧含量数据，其中14：14及14：17两组氧含量0.23%及0.25%，对应一氧化碳含量：102mg/m3及41mg/m3，可判定期间为停炉（实测数据为烟道内残余量，锅炉停炉并未产生任何CO、SO2）;13：20及13：29两组氧含量5.32%及16.31%，对应一氧化碳含量：7 911mg/m3及2 370mg/m3，可判定期间为启炉;7组数据：氧含量15.87%～21%，对应的折算一氧化硫浓度数据：0～167mg/m3，为锅炉正常运行;13组氧含量：0.17%～5.32%，对应一氧化碳含量：9 475～9 958mg/m3，为锅炉运行期间天然气未完全燃烧工况，由天然气（主要成分甲烷CH4）燃烧反应式（Q为热量）：
CH4+2O2=CO2+2H2O+Q1（完全燃烧） （2）
2CH4+3O2=2CO+42H2O+Q2（不完全燃烧） （3）
一氧化碳是天然气不完全燃烧的中间产物，放热量Q2
完全燃烧与不完全燃烧热量：Q1=Q2+Q3锅炉烟气含氧量低导致不完全燃烧，Q3热量完全损失，产生CO、SO2污染物高排放。
3 烟气含氧量数值优化措施
通过对该锅炉尾部烟道在线检测及移动烟气检测仪数据比对分析，烟气含氧量低是锅炉燃烧工况差的重要因素，要改善锅炉燃烧工况，需提高烟气含氧量，即适当加大锅炉风机送风量，根据锅炉烟气流程制定烟气含氧量控制流程，如图3所示。
空（氧）气经风机在燃烧器与天然气混合点火喷入锅炉炉膛燃烧，形成高温烟气经水冷壁、对流管充分换热后进入尾部烟道、烟囱排放到大气;在尾部烟道安装在线检测系统，烟气成分，含量经传感器到锅炉控制系统，设定优化给氧量参数，由风机变频器调控风机电机转速或风机风门调节风阀开度，烟气含氧量控制方案，如图4所示：
因锅炉负荷、送风量、烟气含氧量不是线性的，其函数关系异常复杂，可用比例渐进法在燃烧器控制板调增锅炉风机送风量，送风量调增量须使尾部烟气检测含氧量达到15%～20%为确定值，超过20%则过氧燃烧，锅炉热效率反降低;按此规律，调整数据见表1。
调整参数后，锅炉尾部烟道在线检测系统数据截屏，如图5所示。
从数据看，二氧化硫折算浓度在30mg/m3以下，远低于表1数据，锅炉燃烧工况也大有改善。
4 结语
通过严格执行环保排放标准，对锅炉尾部烟气检测数据分析，可发现锅炉燃烧工况的症结所在，有针对性地调整优化，达到节能、降耗、减排效果。二氧化硫含量是通过烟气含氧量的换算数据，在锅炉停炉或运行点火期间，二氧化硫折算数据是不实的，停炉期间锅炉不产生二氧化硫，是0排放。有必要在尾部烟气检测中增加一氧化碳检测参量，可很直观地判断锅炉燃料是否完全燃烧，也可将该参量加入锅炉燃烧控制参数，优化燃烧控制系统。
参考文献
[1] 固定污染源烟气（SO2，NOX，颗粒物）排放连续监测技术规范：HJ 75—2017[S].