－－北京市左家庄供热厂和方庄供热厂97年煤炉改燃气炉后的试运行情况分析王钢郑斌贺平一、理想燃烧1.天然气的主要成份(1)方庄97年12月15日北京电力科学研究院化验(当时主要是华北油田的气)结果。

表（一）(2)左热98年1月12日北京市技术监督局节能监测站化验(陕甘宁气已到京)结果。

表（二）由以上化验的结果可得如下结论：a.天然气的主要成份是烷烃(在方庄化验占了98％多，左热化验占了约94％)。

b.天然气中含量最大的是甲烷(CH4)，方庄占％，左热占90％。

c.今后在供天然气正常的情况下，我们主要使用的是“三北”气。

故天然气在燃烧时主要化学反应式是：CH4＋2O2=CO2＋2H2O2.天然气完全燃烧所需的理论空气量Vo方庄计算为Nm3左热计算为Nm3一般可认为，1Nm3的天然气完全燃烧需要的理论空气量约为10Nm3。

二、实际空气量和空气过剩系数在实际燃烧中，由于空气和天然气的混合很难达到理想的程度，因此即使供给理论空气量仍不能使天然气完全燃烧，必须多供给一些空气才能使天然气完全燃烧。

在实际燃烧过程中所供的空气量称为实际空气量，符号Vα。

实际空气量与理论空气量之比称空气过剩系数，符号α=Vα/V。

空气过剩系数α：(可根据烟气成份分析结果来计算)式中：O2、CO和RO2分别是干烟气中氧气、一氧化碳和三原子气体(CO2＋SO2)的容积百分比。

21是空气中氧的容积百分数％≈21％)在燃气炉运行时，只要燃烧不是很坏，CO是微量的，在计算α时可以忽略，视其为零。

上式可简化为：(1)烧煤时，一般烟气的含氧量都在10％左右，故100－(RO2＋O2＋CO)79O2－≈O2(CO一般为零点零几)所以α≈21/(21－O2) (2)在烧天然气时，由于烟气含氧量一般应小于4％，故不宜用此式简算。

必须用α=(100－RO2－O2)/(100－RO2－计算。

2.左热和方庄去年热平衡测试的实例：烟气测试数据见表三、表四。

表三方庄用（2）计算α数值（%）表四左热RO2O2COα用（2）计算αη3.烧天然气锅炉时α值的经验简算式：从方庄和左热三次热平衡测试的烟气分析中用式(3)算出的数与用式(1)算出的数基本相等，可精确到。

三、锅炉的热平衡分析(燃气锅炉)1.正平衡公式：式中： G——锅炉循环水量(kg/h)ics——锅炉出水焓(kcal/h)ijs——锅炉进水焓(kcal/h)B——燃料耗量(Nm3/h)Ogdw——气体燃料干燥基低位发热值(kcal/Nm3)在左热和方热两厂锅炉的DCS系统中，G、ics、ijs、B已有瞬时值输入，只要把测定的Qgdw输入，就可以随时显示锅炉的效率。

2.反平衡公式：η=100－q2－q3－q4－q5－q6 ％式中： q2——排烟热损失q3——气体不完全燃烧热损失q4——固体不完全燃烧热损失q5——散热热损失q6——排渣热损失3.方庄、左热燃气锅炉反平衡测试结果及烟气含氧量：通过方热和左热的三次反平衡测试分析，我们可以看出，只要燃气炉是在正常运行，q4和q6为零，而q3如果当参与燃烧的空气量是充分的，也就是说O2值增大时，q2也在增大，因此随时值足够大，也可视其为零。

但也应看出当O2保持燃气炉的O2值适当是保证燃气炉效率的关键所在。

4.积碳问题通过97年三台改造的燃气炉运行实践，我们发现当O2值过小时也就是在燃气炉缺氧燃烧时，碳氢化合物在高温下会产生裂解，生成氢气和碳黑，从而造成炉内管壁，特别是尾部受热面产生积碳。

约在98年1月20日左右，室外气温明显升高，此时排烟温度也开始明显升高(两厂均如此)。

在2月24日这天，方庄的1＃炉炉内烟气含氧量显示～、排烟温度210℃，2＃炉氧量显示～、排烟温度184℃。

当事后不久分别停炉对两台炉受热面检查时，发现在炉膛内上部的受热面特别是尾部省煤器处产生积碳，而1＃炉比2＃炉积碳严重。

与此同时，左热厂也发生了此类的情况。

由于受热面积碳造成热传导差，从而使排烟温度升高，锅炉的燃烧效率降低。

根据经验，排烟温度每升高10～25℃锅炉效率就会相应下降约1％。

同时由于缺氧燃烧使气体不完全燃烧热损失q3也会增大，同样使锅炉效率下降。

表五5.空气过量系数(α)、锅炉效率(η)以及排烟热损失(q2)、气体不完全燃烧热损失(q3)的关系图(α、η、q2、q3的关系图)说明：(1)此曲线图中η、q2、q3是定性趋势分析得出的关系。

(2)α及O2与η、q2、q3对应的点是根据97年3台改造的燃气炉运行和热平衡测试结果定量趋势分析得出的关系。

(3)燃气炉正常运行时应保持α=～(O2=～3)(4)此曲线只针对左热和方热改造的燃气炉；双榆树的锅炉也必定遵守此曲线关系，但α值及O2值肯定会比此曲线的值要小，估计α值在～之间，O2值在～之间。

通过以上分析，可以得出结论：a.燃气炉在运行时要保证锅炉的效率在90％左右就必须保证空气过剩系数在～之间，即保证含氧量是在2％～3％之间。

b.α值的计算应该用简算公式(3)，可精确到。

c.特别要注意无论何时都要保证含氧量在2％以上，即α值在以上，以确保燃气炉燃烧时不会产生积碳。

四、左热、方热燃气炉运行时烟气含氧量的控制方式和调整方法1.燃气炉的氧量控制方式左热、方热燃气炉并不是标准的燃气炉，即不是标准设计配套的燃气炉，燃烧器和控制系统，是由DHL—2500—16/150热水炉在设计容量不变的前提下，只是去掉炉排后改造的；仅引进了德国扎克的SGZ—150燃烧器和控制柜(有3台97年引进了芬兰奥林的GT—25)。

在控制方式上与国外配套引进的燃气炉控制系统本质区别就是烟气含氧量没有参与燃烧自动控制，只是作为一个非常重要的、可以控制的参数显示。

与含氧量有关的控制回路实际有三个，如图：a.燃烧自动控制；b.送风压力自动控制；c.炉膛压力(微负压)自动控制。

(1)燃烧自动控制。

如上图所示，该系统全是国外引进的设备，由带风门的燃烧器，混合调节器，天然气稳压、安全调节阀组，执行器(伺服电机)以及带有程序控制器的控制柜组成。

只是把锅炉出水温度T作为该控制回路的主控参数输入了程控器PLC，属单冲量调节。

控制思路：出水温度ΔT↑→PLC与温度给定值比较并经PID运算↓→执行器→燃气流量调节阀↓→同时混合调节器按合理的风、气比调节燃烧器风门↓→出水温度ΔT↓。

从而保证在天然气与空气合理配比燃烧下，即烟气含氧量始终控制在2～3％，而保证出水温度始终稳定在给定值。

(2)送风压力自动控制。

如上图所示，该系统是由送风压力变送器、送风机风门、执行器和DCS系统组成(国产)只把送风压力作为主控参数，属单冲量调节。

控制思路：送风压力ΔP↑→在DCS系统内与送风压力给定值比较后经PID 运算，经信号转换放大成标准信号(4—20mA)→执行器↓→送风机风门↓→送风压力ΔP↓。

从而保证送风压力始终稳定在给定值。

(3)炉膛压力自动控制。

如上图所示，该系统是由引风压力变送器、引风机风门、执行器和国产的DCS系统组成，只是把炉膛压力作为主控参数，而把稳定输出的送风压力作为前馈参数，属带有送风压力作为前馈的单冲量调节。

控制思路：炉膛压力ΔP(4—20mA)↑→在DCS系统内与炉膛压力给定值比较后经PID运算，经信号转换放大成标准信号(4—20mA)→执行器↓→引风机风门↓→炉膛压力ΔP↓。

从而保证炉膛压力始终稳定在给定值。

(精确) 在送风压力自动控制系统需重新设定送风压力给定值时：如送风压力ΔP↑(导致负压变小)→在DCS系统内进行前馈运算(比例运算)，与经PID运算后的炉膛压力ΔP比较，经转换放大→执行器↑→引风机风门(等至负压增大)↑→炉膛压力ΔP变化不大(粗调)。

以上三种控制回路在燃气炉正常运行时均属给定值恒值调节。

2.烟气含氧量的调整左热、方热的燃气炉由于改造配套时间限制，资金困难等原因，在燃烧控制上并不是很完善的，最起码烟气含氧量就没有介入燃烧自动控制。

另外送风温度补偿也没有，因此在锅炉投入运行时，烟气含氧量的调整实际是指两项调整内容：a.新燃烧器投入运行时含氧量的调整。

b.锅炉在运行过程中含氧量的调整。

(1)新燃烧透运时含氧量的调整。

进口燃烧器对送风压力有着严格的要求，燃烧器入口风压必须限定在某一固定的数值(如不小于25mbar的某一数值)，并配合燃烧器入口天然气压力也限定在某一固定压力(如不大于300mbar的某一数值)的前提下，按外商所要求的调试程度对燃烧器从1/10负荷到满负荷燃烧过程中的若干点(10个)，分别通过反复调整混合调节器，用烟气分析仪测出烟气中最合理的氧量、一氧化碳、二氧化碳，从而实现燃烧器不在同负荷时，烟气中空气过剩系数都适量的最佳燃烧(具体调试步骤不详述)。

因此燃烧器初步调试前，首先应把送风自动和炉膛压力自动两系统正常投入运行。

这一调整过程一旦完成，在以后的运行过程中就不需再行调整，但在天然气的成份有了较大的变化时或燃烧器大修，送、引风机更新后，仍需按此程序调整。

(2)锅炉在运行过程中含氧量的调整。

在三个自动控制回路都正常投入的情况下，在整个供暖季中，烟气含氧量仍会发生变化，偏离规定值范围。

如果不及时调整送、引风就会造成缺氧或过氧燃烧，从而造成受热面积碳，排烟热损失q2明显增加等，使锅炉效率明显降低。

造成含氧量变化的主要原因有两个：一个是室外温度的变化大而使送风温度变化大，在送风压力不变的情况下，由于空气密度发生了较大的变化而使送入炉膛的实际空气量，即氧气量发生了较大变化。

燃烧时反映最及时的烟气含氧量发生了较大变化(大于或小于2～3％)，如左热、方热98年2月燃气炉造成积碳就是这一原因。

另一个是天然气成份变化较大，低位发热量变化较大，对空气量提出了新的要求时，也会反映在烟气含氧的变化上，但主要是第一个原因。

在氧量变化不大，如略大于3％或略小于2％时，只要微微修改一下炉膛负压自控的给定值，改变一下炉膛负压就可以使烟气含氧量给定值，再修正一下炉膛压力自控的给定值即可。

但在调整炉膛压力自控的给定值时必须注意!当炉膛压力向负增大时，虽然含氧量会提高，但排烟温度也会相应增大，应以排烟温度不超过180℃为准，否则就必须同时调整送风和炉膛压力自控的给定值。

在运行时对烟气含氧量的调整必须引起所有生产管理人员和司炉的充分重视，特别是值长、班长决不可掉以轻心，而尤其是对缺氧燃烧，即含氧量小于2％时，更要警惕，否则一旦锅炉受热面造成积碳是十分不易清除的。

作者单位：王钢郑斌贺平（哈尔滨建筑大学）。