焚烧炉通过烟气含氧量监测优化配风的技术研究

摘要

烟气含氧量作为焚烧炉运行的核心参数，直接反映燃烧效率与配风合理性。本文基于燃烧学理论与工程实践数据，系统分析烟气含氧量监测对配风优化的作用机制，揭示其与过量空气系数、污染物生成及设备能耗的耦合关系。研究表明，在垃圾焚烧、燃气锅炉及工业窑炉等领域，通过氧化锆氧量计实时监测烟气含氧量，结合动态配风与分散控制系统，可实现配风优化与燃烧效率提升。案例分析显示，某垃圾焚烧厂通过实施烟气含氧量监测与配风优化，使过量空气系数稳定在1.4±0.1，燃烧效率提升至98.5%，污染物排放显著降低。

引言

配风优化是焚烧炉运行的核心环节，直接影响燃烧效率、污染物生成及设备能耗。传统配风方式依赖人工经验，存在过量空气系数波动大、燃烧不完全等问题。烟气含氧量作为燃烧效率的直接指标，通过实时监测与反馈控制，可实现配风的动态优化。研究表明，烟气含氧量每降低1%，过量空气系数可优化0.1-0.2，燃烧效率提升2%-3%。因此，揭示烟气含氧量监测与配风优化的内在关联，对提升焚烧炉运行水平具有重要意义。

烟气含氧量监测对配风优化的作用机制

1. 燃烧效率评估

烟气含氧量直接反映燃烧过程中的氧供给状态。当含氧量过高（>12%）时，表明过量空气系数过大，导致热损失增加；当含氧量过低（<6%）时，表明燃烧不完全，产生CO等污染物。例如，在垃圾焚烧炉中，烟气含氧量从8%升至10%时，过量空气系数从1.6降至1.4，燃烧效率提升5%。通过氧化锆氧量计实时监测烟气含氧量，可实现配风的动态调整。

2. 过量空气系数控制

过量空气系数是配风优化的核心参数，与烟气含氧量呈线性关系。根据能斯特方程，烟气含氧量与氧分压比的对数成正比，通过测量电势差可反推氧含量。例如，某燃气锅炉在省煤器出口安装氧化锆氧量计，将含氧量控制精度提升至±0.2%，使过量空气系数稳定在1.2±0.05，热效率从88%提升至92%。此外，通过DCS系统实现含氧量与风量的闭环控制，可进一步优化配风。

3. 污染物生成抑制

烟气含氧量对NOx、二噁英等污染物的生成具有显著影响。当含氧量过高时，高温促进NOx生成；当含氧量过低时，不完全燃烧导致二噁英前驱物生成。实验表明，在垃圾焚烧炉中，将含氧量从12%降至10%时，NOx排放浓度从220mg/m³降至180mg/m³，二噁英分解率从95%提升至99%。通过多级配风与烟气再循环技术，可实现含氧量的分区控制，进一步降低污染物排放。

4. 设备能耗优化

过量空气系数过大导致引风机负荷增加与烟气热量损失。例如，某垃圾焚烧厂在实施配风优化前，引风机电耗占总能耗的15%；优化后，含氧量从12%降至10%，引风机电耗降低8%，烟气热量损失减少10%。此外，通过优化炉膛负压（-20至-50Pa）与风门开度，可减少漏风量，进一步提升能效。

烟气含氧量监测与配风优化技术

1. 氧化锆氧量计技术

氧化锆氧量计基于氧浓度差在高温下产生的电势差，通过能斯特方程计算氧含量。其核心部件为氧化锆陶瓷传感器，需在650℃以上工作。例如，某垃圾焚烧厂在省煤器出口安装高温氧化锆氧量计，将含氧量测量精度提升至±0.1%，响应时间缩短至5秒以内。此外，通过恒温控制与自动校准技术，可延长传感器使用寿命至3年以上。

2. 分散控制系统（DCS）

DCS系统通过集成烟气含氧量、温度、压力等参数，实现配风的自动调节。例如，某垃圾焚烧厂采用DCS系统，将含氧量与风量关联控制，当含氧量超过10.5%时，自动减少一次风量；当含氧量低于9.5%时，自动增加二次风量。此外，通过建立燃烧模型与优化算法，可实现配风的智能预测与调整。

3. 分级配风与多级燃烧

分级配风技术通过在不同燃烧阶段调整含氧量，实现燃烧过程的优化。例如，在垃圾焚烧炉中，一次风含氧量控制在8%-10%，二次风含氧量控制在10%-12%，燃尽风含氧量控制在12%-14%。此外，采用多级燃烧技术，通过在炉膛不同高度布置喷嘴，可延长烟气停留时间，减少污染物生成。

4. 烟气再循环技术

烟气再循环通过将部分低温烟气引入燃烧器，降低燃烧温度与氧浓度，从而抑制NOx生成。例如，某燃气锅炉在实施烟气再循环后，含氧量从12%降至10%，NOx排放浓度从250mg/m³降至150mg/m³。此外，通过优化再循环率（10%-20%），可实现燃烧效率与污染物排放的双重优化。

案例分析

某750t/d垃圾焚烧厂通过实施以下优化措施：

1. 在省煤器出口安装高温氧化锆氧量计，实时监测烟气含氧量；
2. 采用DCS系统实现含氧量与风量的闭环控制；
3. 实施分级配风技术，一次风含氧量8%-10%，二次风10%-12%；
4. 引入烟气再循环技术，再循环率15%。

运行数据显示，含氧量稳定在10%±0.5%，过量空气系数稳定在1.4±0.1，燃烧效率提升至98.5%，NOx排放浓度降至180mg/m³，二噁英排放浓度降至0.05ng-TEQ/m³。此外，引风机电耗降低10%，烟气热量损失减少8%。

结论

烟气含氧量监测通过评估燃烧效率、控制过量空气系数、抑制污染物生成及优化设备能耗，对配风优化起决定性作用。通过氧化锆氧量计、DCS系统、分级配风及烟气再循环等综合技术，可实现配风的动态优化与燃烧效率的提升。未来研究需聚焦于智能控制系统与新型传感器开发，以应对燃料成分复杂化与排放标准趋严的挑战。