關于高爐煤氣鍋爐電除塵器裝設CO傳感器的探討

高爐煤氣作為工業鍋爐及熱電廠鍋爐燃料,已在冶金企業廣泛采用,從CO濃度爆炸極限的確定及其影響因素,爆炸條件和運行中電除塵器入口CO濃度分析等方面,對電除塵器爆炸的可能性進行了分析,認為摻燒高爐煤氣燃煤鍋爐電除塵器入口安裝CO傳感器非常必要.

1、高爐煤氣及其應用

冶金工廠有著豐富的二次能源,如高爐煉鐵過程中的副產品一高爐煤氣。

高爐煤氣除部分供冶金工廠自用外,以前大部分均向空排放,既浪費能源,又污染大氣環境。

為充分利用這部分能源,許多企業相繼建起熱電廠,讓鍋爐摻燒或全燒高爐煤氣進行發電并向工廠供應生產、生活蒸汽,從而節約能源,提高企業經濟效益。

高爐煤氣是一種低發熱量的氣體燃料,其著火點較高,約為600~660℃左右,屬較難著火的氣體燃料。它含有大量氮和二氧化碳,可燃成分主要是一氧化碳。某鋼廠、冶金廠高爐煤氣成分見表1。

成分?某鋼廠?某冶金廠?CO2/% 20.27 19.5 N2/% 55.79 55.1 CO/% 22.3 22.7 H2/% 1.07 1.8 CH4/% 0.57 0.9 高爐煤氣中的一氧化碳是一種無色無味的有毒氣體,它與人體血液中的血紅素化合力很強,為氧的200~300倍,能從血紅素中取代氧,從而使人發生缺氧窒息致死。當空氣中CO含量達1%時(或12.5mg/L),人吸人幾口立即失去知覺,停留1~2min即可造成致命中毒,因此,在使用CO時必須嚴防泄漏。

高爐煤氣燃燒時如不注意安全,導致燃燒惡化和熄火,以致煙氣中CO濃度達到爆炸極限時,極易發生爆炸事故,危害人員生命,造成國家財產損失。

由于高爐煤氣的特殊性質,國家制定頒布了相關法規,如《工業企業煤氣安全規程))(GB6222一1986),企業也制定有一系列實施細則,以確保各項法規的落實。

2、鍋爐電除塵器CO濃度傳感器的安裝規定

高爐煤氣作為鋼鐵企業中工業鍋爐和電站鍋爐燃料,已在冶金企業廣泛采用,目前有全燒高爐煤氣的鍋爐及摻燒部分高爐煤氣的燃煤鍋爐在生產運行。摻燒高爐煤氣的燃煤鍋爐與燃燒單一燃料的燃煤或燃氣鍋爐相比,因為有兩種燃料及氣體燃料的特殊性質,在設備設計、制造、安裝、運行、控制及維護諸方面均有更嚴格要求,電力部擬定的新規程《火電廠多燃燒器鍋爐燃燒室防爆規程》( 簡稱《防爆規程》）對同時燃用多種燃料的鍋爐在上述方面作了系統規定,除鍋爐本體外,《防爆規程》還對燃料和空氣的供應、燃料點火系統、爐膛及其監控系統、安全保護、運行操作等均作了詳盡的說明和要求。

但是《防爆規程》對冶金企業自備熱電廠摻燒高爐煤氣的燃煤鍋爐電除塵器人口是否需要裝設CO傳感器的問題未作說明和規定。現有的電力部規程規范如《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》不可能針對冶金企業熱電廠制定相關規定,而國際《工業企業煤氣安全規程》也未對此作說明和規定。

CO傳感器的功能在于它能跟蹤、監視鍋爐運行過程中CO排放濃度的變化,做到提前報警,適時跳閘,避免電除塵器因CO濃度達到極限濃度而爆炸。

3 裝設CO傳感器的核心

3.1 氣體燃料的爆炸極限（著火濃度極限）

爆炸極限（著火濃度極限）定義：在一種特定管內充以均勻的穩定可燃混合物，從管底向頂部（自下而上）點火而不能正常著火燃燒時，燃氣在可燃混合物中*大和*小含量（%）稱為爆炸極限（著火濃度極限）。

當可燃氣體過少，燃燒析出的熱量亦少，不能把可燃混合物加熱到著火溫度因而不能著火，通常把這一極限稱之為爆炸下限（?著火零度下限）。

當可燃氣體在可燃混合物中的含量過大，增加到一定限度時氧氣含量相對減少到只能使少量燃氣反應析熱。此熱量也不能使混合燃料加熱到著火溫度，因而不能著火，通常把這一限稱作為爆炸上限（著火濃度上限）。

3.2 影響氣體燃燒爆炸極限的因素

（1）影響氣體燃料爆炸極限的因素有許多，根據有關資料介紹，一般有以下幾條：

容積尺寸的影響：隨著燃氣和空氣混合物溫度升高，爆炸極限范圍將擴大，對CO則相反，爆炸極限范圍反而變窄；

惰性氣體影響：當惰性氣體含量增加時，爆炸極限的上下限均有所提高；

水分提高：水對碳氫化合物的爆炸起抑制作用，但對CO則反起促進作用；

氧氣影響：一般在氧氣中的燃氣爆炸極限范圍將擴大。

（2）高爐煤氣與煤粉混合在鍋爐燃燒過程中由于受諸多因素的影響，燃燒狀況及運行條件不斷變化，煙氣中既有煤氣不完全燃燒產生的 CO，又有煤粉不完全燃燒產生的 CO，煙氣在流動過程中產生的渦流、死角也會造成 CO濃度局部積聚。因此，要準確地確定煙氣中 CO 濃度（爆炸）極限及煙道中整體及局部的 CO 濃度是非常困難的。由于電除塵器屬除塵器生產廠提供的設備，為預防 CO 濃度接近爆炸濃度極限，一般由制造廠向用戶、設計院及 CO濃度監測儀制造廠提供相關的報警及聯鎖保護值，作為 CO濃度監測儀設計、安裝、調試、運行的依據。

目前普遍認可的?CO 的濃度極限數據為∶報警∶1%～1.5% 聯鎖保護∶約 2%。

3.3 氣體燃料的爆炸條件

任何氣體燃料如發生爆炸，則必須具備下列三要素，即密閉的空間（或容器）;燃氣在可燃混合物中含量處在爆炸濃度極限范圍之內;有點火源存在。

3.4 電除塵器爆炸的可能性

對照上述爆炸濃度極限三要素，不難發現，鍋爐電除塵器屬密閉容器，運行時有高壓電火化產生，當煙氣中?CO 濃度一旦達到爆炸極限時，即達到了氣體燃料爆炸的三要素，必然會引發爆炸事故。

3.5 電除塵器入口 CO 濃度分析

運行中的鍋爐電除塵器是否會發生爆炸事故，取決于煙氣中?CO 濃度是否會達到其爆炸極限濃度，也是判斷其入口是否必須裝設 CO 濃度傳感器的關鍵。

嚴格地講，當鍋爐運行正常、燃燒穩定時，鍋爐尾部煙氣中?CO 濃度是很小的。但當鍋爐處于低負荷運行，燃燒不穩定甚至惡化時則很危除。據統計，70%燃氣鍋爐爆炸事故均發生在低負荷運行期間，因為低負荷運行時燃燒*不易穩定，此時爐膛溫度下降，燃燒不充分，化學不完全系數增大，部分燃氣未燃盡直接進入煙道導致爐膛及煙道中 CO 濃度劇驟增加。當燃燒進一步惡化時，煙氣中 CO 濃度將進一步增加，從而引發嚴重的安全事故。以上，從CO濃度爆炸極限的確定及其影響因素,爆炸條件和運行中電除塵器入口CO濃度分析等方面,對電除塵器爆炸的可能性進行了分析,認為摻燒高爐煤氣燃煤鍋爐電除塵器入口安裝CO傳感器非常必要.

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