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羅立霄1，林莉2
(1.廣西壯族自治區(qū)特種設備檢驗研究院，廣西南寧530219；2.中國航發(fā)貴陽發(fā)動機設計研究所，貴州貴陽550008)
摘要：生物質鍋爐是我國能源設備的重要組成部分，研究生物質燃燒技術，克服爆燃現(xiàn)象，對節(jié)約常規(guī)能源、優(yōu)化我國能源結構，減輕環(huán)境污染有著積極意義。利用煙氣分析設備檢測O2、NO2等煙氣成分和溫度的功能，對某甘蔗渣鍋爐煙氣進行連續(xù)檢測和定量分析。結果表明，煙氣分析設備能夠定量檢測到爆燃現(xiàn)象的規(guī)模和頻率，為鍋爐安全和節(jié)能運行提供精準的數(shù)據(jù)支撐。
生物質鍋爐是以生物質能源作為燃料的鍋爐，廣泛應用于紡織、印染、農(nóng)林加工、甘蔗糖生產(chǎn)、生物質發(fā)電等行業(yè)，是一種較為環(huán)保的能源設備。隨著新能源技術的不斷發(fā)展，生物質鍋爐應用越來越廣泛，但是其特殊的燃燒方式，特別是燃燒過程中常常伴隨爆燃現(xiàn)象，造成嚴重的環(huán)境污染，破壞爐墻結構穩(wěn)定性，嚴重時危及鍋爐的整體安全。因此，研究生物質燃燒技術，定量檢測爆燃的規(guī)模和頻率，是深入研究爆燃現(xiàn)象、克服燃燒缺陷的前提。
1生物質鍋爐特點
生物質鍋爐一般以農(nóng)林廢棄物（如秸稈、木柴、甘蔗渣、樹皮等）為燃料，其成分特殊，其主要有以下幾個特點：高揮發(fā)性，揮發(fā)份平均含量高達75%～88%，利于燃燒；熱分解物高，燃料中纖維素和半纖維素高溫分解析出揮發(fā)分；水分高，變化范圍大，一般在5%～60%之間等。生物質燃料燃燒過程經(jīng)歷了四個階段：（1）燃料中水的蒸發(fā)；（2）燃料中的氣或者汽化成分釋放；（3）釋放的氣體與空氣中的氧在高溫下燃燒，并產(chǎn)生高溫分解物的噴射；（4）燃料中的剩余物（主要是碳）燃燒。
生物質鍋爐以生物質能源作為燃料，充分利用燃料的廣泛性，集中燃燒吸收熱量，降低環(huán)境污染，是一種能源轉換設備。由于生物質特殊的成分和燃燒過程，導致在燃燒過程中容易產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象（圖1），輕則損壞爐膛墻壁，燃燒效率低下，環(huán)境污染；嚴重的危及鍋爐本體結構安全，爐膛爆炸。爐膛爆燃是一種復雜的現(xiàn)象，其規(guī)模和頻率往往難以定量檢測。
2煙氣分析設備
煙氣分析儀配備多種采樣探針、傳感器，是利用電化學傳感器連續(xù)分析測量CO2、CO、NOx、SO2等煙氣含量的設備。一般煙氣設備可測量參數(shù)有煙氣溫度，氧氣(O2)、二氧化硫（SO2)、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氫（H2S）、碳氫化合物（CXHY）等氣體成分濃度。在鍋爐監(jiān)控檢測中，可以利用煙氣分析設備連續(xù)檢測的煙氣成分間的變化來間接分析鍋爐燃燒狀況，比如燃燒中心區(qū)域的合理性、燃燒是否充分、燃燒的總體效率等。
3爆燃實例檢測
結合煙氣分析設備的技術特點，綜合應用其在生物質鍋爐煙氣成分檢測的優(yōu)勢，通過連續(xù)檢測廣西某110t生物質鍋爐（以甘蔗渣為燃料）的煙氣成分，定量檢測出爆燃規(guī)模和頻率。甘蔗渣是制糖工藝過程中，甘蔗經(jīng)過榨糖后剩下的渣，其主要成分是水分和植物纖維（表1）。
煙氣分析設備在尾部煙道最后一組受熱面（空氣預熱器）之后500mm處，連續(xù)檢測360S煙氣的O2成分，檢測記錄O2成分隨時間的變化（圖2）。經(jīng)過分析，爆燃前后的O2平均含量由6.8%迅速下降愛到4.2%，爆燃瞬間O2不足達到38%，規(guī)模較大；在檢測時間內出現(xiàn)3次爆燃，爆燃周期在110～120S之間，其頻率為0.5次/每分鐘（0.008Hz）。
通過煙氣分析設備定量檢測爆燃的規(guī)模和頻率后，再結合鍋爐運行特性，進一步調整鍋爐的給料和配風，縮小爆燃規(guī)模，延長爆燃周期，增加鍋爐運行安全和節(jié)能指數(shù)。
4結語
我國是農(nóng)林業(yè)大國，大量的農(nóng)林業(yè)產(chǎn)生的原料給生物質鍋爐的推廣提供了堅強的物質保障，不僅能夠解決農(nóng)林燃料焚燒問題，同時將資源充分利用，燃燒剩下的灰渣亦是優(yōu)良肥料。利用農(nóng)林剩余物作為鍋爐燃料使用具有環(huán)境友好、可以再生的特點，研究生物質燃燒的爆燃規(guī)模和頻率，為鍋爐安全和節(jié)能運行提供精準數(shù)據(jù)支撐，對優(yōu)化我國能源結構，減輕環(huán)境污染，具有積極的意義。
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