烟气分析仪在提高燃烧效率中的应用

如何测量和提高燃烧装置的燃烧效率、确定最佳燃烧点，是十分令人关心的。

确定最佳燃烧效率点

供给加热炉、锅炉等加热设备的燃料燃烧热并不是全部被利用了。以轧钢加热炉或锅炉为例，有效热是为了使物料加热或熔化（以及工艺过程的进行）所必须传入的热量。根据炉子热平衡可知：

式中，Q——供给炉子的热量；

Q1——炉子烟气（废气）中过剩空气带走的物理热；

Q2——炉子烟气（废气）中燃料不*燃烧而生成的或未燃烧的CO气带走的物理热；

Q3——炉子设备热损失（包括炉体散热、逸气损失、冷却水带走、热辐射等）；

Q4——其他热损失。

由上式可以看出，炉子烟气带走的物理热是热损失中主要部分。图1显示了热效率和各项热损失随着空燃比α的增减的变化规律。

当鼓风量过大时（即空燃比α偏大），虽然能使燃料充分燃烧，但烟气中过剩空气量偏大，表现为烟气中O2含量高，过剩空气带走的热损失Q1值增大，导致热效率η偏低。

与此同时，过量的氧气会与燃料中的S、烟气中的N2反应生成SO2、NOX等有害物质。而对于轧钢加热炉，烟气中氧含量过高还会导致钢坯氧化铁皮增厚，增加氧化烧损。  当鼓风量偏低时（即空燃比α减小），表现为烟气中O2含量低，CO含量高，虽说排烟热损失小，但燃料没有*燃烧，热损失Q2增大，热效率η也将降低。

另外，烟囱也会冒黑烟而污染环境。

图1：热效率与空燃比的关系

所谓提高燃烧效率，就是要适量的燃料与适量的空气组成最佳比例进行燃烧。实验研究表明，图2为烟气中氧含量和CO含量与炉子能耗的关系。

图2中，“过量空气能耗"阴影面积表示富余的空气形成的能耗（或热损失），表征为烟气中O2含量。“过量燃料能耗"阴影面积表示有未*燃烧的燃料所引起的能耗，表征为烟气中CO含量。可以看出，若要降低这两部分能耗（同时亦可提高产品质量），必须降低烟气中O2含量和CO含量，但烟气中O2含量和CO含量是互相制约的两个因素。若将上述两个阴影区叠加成另外一条曲线，即总效率热损失曲线，其最小值即为最佳的燃烧控制点，此处热损失最小、热效率高，即烟气中O2含量约为1%。

由上文可知，热效率与烟气中的CO、O2、CO2含量以及排烟温度、供热负荷、雾化条件等因素有关。因此，可通过测量并控制烟道气体中CO、O2、CO2的含量来调节空气消耗系数λ，来达到最高燃烧效率。燃烧效率控制由来已久，上世纪60年代，曾广泛采用CO2分析仪监测烟道气体中CO2含量来控制空气消耗系数λ以达到最佳，但CO2含量受燃料品种影响较大。70年代后，逐渐采用烟气中O2含量或O2含量和CO含量相结合的方法来控制燃烧效率。提高燃烧效率直接的方法就是使用烟气分析仪器（如烟气分析仪、燃烧效率测定仪、氧化锆氧含量检测仪）连续监测烟道气体成分，分析烟气中O2含量和CO含量，调节助燃空气和燃料的流量，确定最佳的空气消耗系数。

无论采取何种方式控制燃烧效率，快速、准确的测量烟气中O2含量和CO含量都是实现最佳燃烧的前提条件。