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1、湖北锐意目控系统-R. Hubei Cublculyl Instrument Co.,Ltd.小型天然气锅炉节能及污染排放监测技术方案近年来，随着我国天然气资源利用技术的不断开展，煤改气”工程建设的加快推进，为天然气锅炉的推广提 供了能源支持，小型锅炉作为我国燃气锅炉使用的主要方向，已广泛应用于城市洗浴、酒店、中小型企业及事业单 位内部。但目前我国小型天然气锅炉的设计尚存在一定问题，如一些部门存在着对锅炉结构、热力参数选取以及计 算过程的不规范性，使天然气锅炉在设计或改造上没有做到最正确优化，运行上无法保证锅炉处于最大效率，造成了 原材料及天然气能源的浪费。此外，为加快推进集中供热、煤改气、煤
2、改电工程建设，各地陆续出台了大 气污染治理相关政策，消解煤炭消费总量，增加清洁能源，其中燃燃品炉特别是小企业献锅炉成为重要改造对象,局部 省份量化了节能减排指标，加强了燃煤锅炉煤改气”的力度。因此在小型天然气锅炉设计、改造或运行调控中需 采取必要的节能及污染排放监测手段，将锅炉调整到最正确运行状态，才可实现锅炉运行效率的最大化与污染排 放的 减量化。一、小型天然气锅炉节能监测工程目前国内并未专门针对小型天然气锅炉节能监测技术制定行业标准，仅北京、山东局部地区根据GB/T15317-2022燃煤工业锅炉节能监测方法制定了地方标准，分别为DB11/T 1231-2022燃气工业锅炉节能监 测方法和
3、DB37/T 846-2022燃气工业锅炉节能监测方法。另外，GB/T 10820-2022生活锅炉热效率及热 工实验方法与GB/T 10180-2022工业锅炉热工性能试验规程也对实现小型天然气锅炉节能运行方法做了指 导参考。三大标准均明确指出小型天然气锅炉节能监测工程包括：锅炉热效率、过量空气系数、排烟处CO含量和 排烟温度等。锅炉热效率与过量空气系数、排烟处CO含量、排烟温度有着密切关系。L过量空气系数般过量空气系数控制在1.051.20之间。不同类型的锅炉，都有一个最正确过量空气系数，但实际上几乎所有的炉子都超过设计值。过量空气系数过大或 过小都会产生不良后果，过大会导致烟气体积增大，
4、炉膛温度降低，增加排烟热损失，热效率降低；过小会使天然 气燃烧不充分，产生大量 CO ,污染环境，同时也增大了不完全燃烧热损失。可以说过量空气系数的大小直接影响 天然气锅炉的热工性能，即锅炉热效率。2、排烟处CO含量11*湖北锐意自控系统Hubei Cublc-Rulyl Instrument Co.fLld.烟气中co是由于天然气不完全燃烧与过量空气量少产生的，天然气不完全燃烧容易产生炭黑，长期积累会影响锅炉的热传递，降低锅炉的热效率，对锅炉本身造成损坏。co含量越高，那么说明天然气燃烧效率越低，锅炉热效率也越低。DB11/T 1231-2022燃气工业锅炉节能监测方法和DB37/T 846
5、-2022燃气工业锅炉节能监测方法分别规定了 CO含量不得超过0.01%与0.02%o3、排烟温度造成锅炉热效率偏低的另一原因是排烟热损失。排烟热损失是锅炉的主要热损失之一，可达10%20% ,而排烟热损失主要取决于排烟温度和过量空气系数的大小。排烟温度越高，排烟处烟气焰越高，排烟热损失越大。二、小型天然气锅炉节能监测解决方案根据DB11/T 1231-2022燃气工业锅炉节能监测方法和DB37/T 846-2022燃气工业锅炉节能监测方法标准可知：烟气成分及排烟温度的监测点设在锅炉烟气余热回收装置或尾部最后一级受热面后1m 以内的烟道中心处,同步实时进行。L烟气成分监测根据DB11/T 12
6、31-2022燃气工业锅炉节能监测方法和DB37/T 846-2022燃气工业锅炉节能监测方法可知排烟处过量空气系数计算方法为公式（1）：a 二21-79x21双。2) 0.5。)1。0 -以。2） - 火一双X。2）式中：a 一排烟处过量空气系数；R02一排烟处干燃烧产物三原子气体容积含量（ ） ; 02一烟处干燃烧产物氧含量（） ； CO一排烟处干燃烧产物一氧化碳含量（%）。因天然气热值较高，杂质较少，不完全燃烧情况不多，通常认为产生的CO含量少，可将公式（1）简化成公式（2）:a-21-79x21100-飘。2）-金（C02）式中：C02排烟处干燃烧产物二氧化碳含量（% ）湖北锐意目控系
7、统-R. Hubei Cublculyl Instrument Co.,Ltd.综上所述，测量烟气中。2、co、co2气体体积浓度，可计算出过量空气系数。根据标准，一般采用奥式分析 仪或燃烧效率测试仪可测量烟气成分并计算出过量空气系数。基于自主知识产权气体传感器硬件及软件核心技术， 锐意自控针对小型天然气锅炉实验验收与运行调控需求，设计出了一款燃烧效率分析仪Gasboard-3400(P)。Gasboard-3400(P)采用非分光红外气体分析技术及长寿命电化学传感器技术，可同时测量CO、CO2与。2等气 体的体积浓度，并计算得出过量空气系数。同时还可根据小型天然气锅炉厂家或用户的实验验收或运
8、行调控需求选 择在线型或便携型产品。相较于奥式分析仪的低精度检测、慢响应速度及繁琐的操作流程、较高的耗材本钱，具 有测量精度高、响应速度快、操作简单、性价比高等不可比较的优势。2、排烟温度测量在锅炉运行中为了减少排烟热损失，应在满足燃烧反响所需空气的前提下尽量保持较低的空气系数，应尽可能 防止燃料室及各局部烟道的漏风，以降低排烟热损失。然而排烟温度不是越低越好，因为太低的排烟温度势必要增 加锅炉炉尾部受热面，这是不经济的；同时还会增加通风阻力，增加引风机的电耗；此外，过低的排烟温度，假设低 于烟气露点以下,将会引起受热面的腐蚀，危机锅炉的平安运行。因此，需要合理测量并控制排烟温度。Gasboa
9、rd- 3400(P)除可测量烟气成分并计算得出过量空气系数外，还可同时测量排烟温度，为调节小型锅炉燃烧 工况提供合 理依据。三、小型天然气锅炉污染排放监测工程目前我国现行的燃气锅炉标准有GB 13271-2022锅炉大气污染物排放标准，该标准规定了小型天然气锅炉 的烟气排放指标，其指标要求见表1。单位：mg/m341污染工程在用情炉限值鞍粒物SO2NO.30100400烟气黑度C级）缶注污染推放监控位置新注谒炉簟点区域媚炉翅图或炀道200烟面排放口W1新建锅炉自20W 年7月1日起执行10t/h以上蒸汽强炉和7MW以上热水 燃炉自2015年10月1日起执行：口： 10t/h以下蒸汽锅炉和7M
10、W以下热水 祸炉自2015年I。月1日起执行自2016 年7月1日起执行。2050表1.现行小型天然气锅炉的烟气排放指标（国标）此外，局部省份及地区也出台了适用于本地区的锅炉大气污染物排放标准，现行国家标准与地方标准比照 及发布现状见表2。单位：mg/m3表2.现行国家标准与地方标准比照及发布现状标准类别颗粒物S6四1燃气黑度s20-3050-100150-400j山东51035-5050-200上海10-2010-2050-150D北京 5.30110-5030-200天津10二 F 2080450 1彳庆20-50_|50400_ 20CM00_工级广东（症求意见稿）10-2035-505
11、0-200陕西（征求意见瞥）5-109r 10-50 50150河北（征求芭见襦）1030杭州（征求直见稿）10-2020-5050-150成都（征求意见稿）10-2010-5030-150由表1-2可以，目前各地区对小型天然气锅炉污染排放监测工程主要包括颗粒物、NO,含量、SO2含量和烟气 黑度。其中对烟气颗粒物、SO?含量及NO,含量的限值不尽相同。1、颗粒物含量天然气锅炉运行不正常、燃烧器运行故障、空气与燃气的配比不准确以及监测人员监测经验缺乏均会造成锅炉 颗粒物排放超标。因此为确保天然气锅炉燃气完全燃烧，达标排放，企业应加强锅炉操作人员的专业技能培训，监测人员应注重提高自身监测业务水平
12、。湖北锐意目控系统H.Hubei Cublc-Rutyl Instrument Caa|Ltd.2、烟气中NO,含量N0x生成机理比较复杂，大致可以认为是由氮气与氧气在高温下生成NO , NO与Cl?在高温反响下生成NO2O 可见N0x的生成与。2的浓度有关，也与火焰温度有关。减少过剩空气量，那么浓度变小，火焰温度降低，N0x 生成量下降。如果过剩空气量增加，虽然。2浓度增高有利于N0x的生成，但由于燃烧温度降低，总的结果是NO, 生成量减少。因此，过剩空气系数为某一值时（与燃气热值、燃烧器等因素有关），NC的生成量最高，增大或减 z少过剩空气系数，NO,的生成量都会减少。由此可见，只要是适当
13、增大或减少过剩空气量，就可以减少NO,的生成, 从而降低烟气中的NO,含量。3、烟气中SO2含量烟气中S02是由于燃气中的硫化物与空气中的。2反响而生成的，烟气中so2含量的大小主要取决于燃气成份 中硫化物含量的多少，因此为了降低SC2对大气的污染，必须对燃气进行脱硫。也可以采用烟气中SC2净化方法， 不过这种方法通常用于燃煤锅炉。由于天然气在输送到客户端时均经过脱硫，成份中硫化物的含量较低，即便有锅 炉烟气中so2超标，也是偶尔的随机现象，无需对锅炉进行特殊改造处理。四、小型天然气锅炉污染排放监测解决方案按照GB 13271-2022锅炉大气污染物的脓示准、GB 5468-1991锅炉烟尘测
14、试方法和GB/T 16157-1996 固定污染源排气中颗粒物的测定与气态污染物采样方法要求，颗粒物、N0x及S02监测点应设置在烟囱或烟道 处，测定位置尽量选择在垂直管段，并不宜靠近管道弯头及断面极具变化的部位，测定位置应距离弯头、接头、阀 门和其他变径的下游方向大于6倍直径处，和距上述部位的上游方向大于3倍直径处，同步实时进行。L颗粒物、NO、及S0,含量同时测量 X/针对小型天然气锅炉污染并防攵物中颗粒物、N0x含量与S02含量同时测量需求，锐意自控基于自主研发气体分析 技术及软件核心技术设计出了在线气体分析系统Gasboard-9050 ,可对烟道中颗粒物、NO、SO2等污染排放物 进
15、行动态连续监测，同时可测量烟气中氧含量及流速、压力、温度、湿度等数据，自动记录污染排放总量和排放时 间，并通过PSTN、GPRS、CDMA等通讯手段将监测数据传送到管理部门，实现对小型天然气锅炉污染排放物的远 程实时监测。湖北锐意目控系统-R. Hubei Cublculyl Instrument Co.,Ltd.在线气体分析系统Gasboard-9050由该在线气体分析系统由预处理单元、系统控制单元、气体分析单元三部 分组成： 预处理单元：采用加热抽取法连续监测气态污染物，采样探头过滤面积大，滤芯更换方便。预处理系统主设 备采用进口器件，有效防水、防尘、防腐、防堵，适应恶劣烟道环境。 系统控
16、制单元：采用SIEMENS PLC作为核3空制元件，OMRON中间继电器作为输出元件，控制系统自动 运行。系统功能丰富，可实现自动取样、吹扫、校准、故障自诊断、报警等功能。 气体分析单元：采用我司拥有自主知识产权的在线烟气分析仪Gasboard-3000(Plus/UV)系列，可根据地方N0x限值需求，选配微流红外气体分析技术，微流红外结合隔半气室气体分析技术，或紫外光谱气体分析技术对 小型天然气锅炉污染排放气体进行在线监测，准确测量NO、SO2气体含量。表3为Gasboard-3000系列产品 主要技术参数。产品型号测量原理滞量也分潇量范围Gasboard-3000徽潦红外+电化学NO/SO
17、/Oz/CO/CO；NO/SO?：(CT2000)ppn;Oi/CO?:(025)%；C Ot(Ga$board3000Plu$微流红外结合隔半气室+电化学NO/SOj/OjN0/S0:r200)ppm;0 :(T25)%Gasboard-SOCOUV紫外光谱+电化学NO/5Qi；riOO)mg/mJ ;Q?;(O25%表3. Gasboard-3000系列产品主要技术参数2、小型天然气锅炉NO,超低排放测量由于目前局部地区现行的N0x含量限值均低于国家标准，甚至更低，并出台了相应的小型低氮天然气锅炉改造 的补贴标准，为低氮燃气锅炉设计与改造市场提供了重大的开展契机，也使得NO”超低排放监测技
18、术成为未来 小型天然气锅炉排放监测市场的开发热点。针对小型低氮天然气锅炉的设计、改造与应用，锐意自控推出的超低量程 在线紫外烟气分析仪Gasboard-3000UV及便携紫外烟气分析仪Gasboard-3800UV ,可满足小型天然气锅炉超低 氮排放监测的需求。Gasboard-3000UV结合紫外差分吸收光谱技术及电化学传感技术，可同时测量S02、NO、02等气体的体积浓度。对于低浓度NO含量监测，Gasboard-3000UV基于紫外差分吸收光谱技术，采用独特算法，长光程屡次湖北锐意自控系哪商限公司Hubei Cublc-Rutyl Instrument Co.fLld.回返气体室，防止烟
19、气中气态水与烟气采样流量对NO测量结果的影响，抗干扰能力强，测量精度高，测量范围小于100mg/m3 ,可实现小型低氮燃气锅炉低NOx浓度的监测。作为气体分析单元Gasboard-3000UV结合Gasboard-9050预处理单元及系统控制单元，即可实现小型低氮天然气锅炉污染排放物的动态连续监测。图1为 Gasboard-3000UV内部结构示意图。图1. Gasboard-3000UV内部结构示意图Gasboard-3800UV基于紫外差分吸收光谱技术、非分光红外(NDIR)技术及长寿命电化学(ECD)传感技术，可同 时测量烟气中S02、NO、CO、C02、02等气体的体积浓度，以及烟气温
20、度、流速等参数，并统计出排放率、排 放总量。对于低浓度NO含量监测，Gasboard-3800UV基于DOAS算法，依靠深紫外波段和不同光程作用，无 水分吸收，不受水分、粉尘干扰，被测气体间无交叉干扰，检测下限低，分辨率达0.1mg/m3 ,满足超低排放监 测 需求。同时，还可满足中小型燃气锅炉改造验收及燃气锅炉污染气体排放第三方监测需求。图2为配置预处理装置的 Gasboard-3800UVo图2.配置预处理装置的Gasboard-图2.配置预处理装置的Gasboard-Gasboard-3800UV分析主机配备一体化采样及伴热装置，原装进口便携式预处理装置，可确保样气满足仪表检测要求；此外，Gasboard-3800UV还可自动计算过量空气系数和燃烧效率，应用于小型天然气锅炉节能监测中。