CO传感器在高炉煤气锅炉电除尘器中的应用

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关于高炉煤气锅炉电除尘器装设CO传感器的探讨

高炉煤气作为工业锅炉及热电厂锅炉燃料,已在冶金企业广泛采用,从CO浓度爆炸极限的确定及其影响因素,爆炸条件和运行中电除尘器入口CO浓度分析等方面,对电除尘器爆炸的可能性进行了分析,认为掺烧高炉煤气燃煤锅炉电除尘器入口安装CO传感器非常必要.


1、高炉煤气及其应用
冶金工厂有着丰富的二次能源,如高炉炼铁过程中的副产品一高炉煤气。
高炉煤气除部分供冶金工厂自用外,以前大部分均向空排放,既浪费能源,又污染大气环境。
为充分利用这部分能源,许多企业相继建起热电厂,让锅炉掺烧或全烧高炉煤气进行发电并向工厂供应生产、生活蒸汽,从而节约能源,提高企业经济效益。
高炉煤气是一种低发热量的气体燃料,其着火点较高,约为600~660℃左右,属较难着火的气体燃料。它含有大量氮和二氧化碳,可燃成分主要是一氧化碳。某钢厂、冶金厂高炉煤气成分见表1。
成分         某钢厂         某冶金厂
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

高炉煤气中的一氧化碳是一种无色无味的有毒气体,它与人体血液中的血红素化合力很强,为氧的200~300倍,能从血红素中取代氧,从而使人发生缺氧窒息致死。当空气中CO含量达1%时(或12.5mg/L),人吸人几口立即失去知觉,停留1~2min即可造成致命中毒,因此,在使用CO时必须严防泄漏。
高炉煤气燃烧时如不注意安全,导致燃烧恶化和熄火,以致烟气中CO浓度达到爆炸极限时,极易发生爆炸事故,危害人员生命,造成国家财产损失。
由于高炉煤气的特殊性质,国家制定颁布了相关法规,如《工业企业煤气安全规程))(GB6222一1986),企业也制定有一系列实施细则,以确保各项法规的落实。

2、锅炉电除尘器CO浓度传感器的安装规定

高炉煤气作为钢铁企业中工业锅炉和电站锅炉燃料,已在冶金企业广泛采用,目前有全烧高炉煤气的锅炉及掺烧部分高炉煤气的燃煤锅炉在生产运行。掺烧高炉煤气的燃煤锅炉与燃烧单一燃料的燃煤或燃气锅炉相比,因为有两种燃料及气体燃料的特殊性质,在设备设计、制造、安装、运行、控制及维护诸方面均有更严格要求,电力部拟定的新规程《火电厂多燃烧器锅炉燃烧室防爆规程》( 简称《防爆规程》）对同时燃用多种燃料的锅炉在上述方面作了系统规定,除锅炉本体外,《防爆规程》还对燃料和空气的供应、燃料点火系统、炉膛及其监控系统、安全保护、运行操作等均作了详尽的说明和要求。
但是《防爆规程》对冶金企业自备热电厂掺烧高炉煤气的燃煤锅炉电除尘器人口是否需要装设CO传感器的问题未作说明和规定。现有的电力部规程规范如《蒸汽锅炉安全技术监察规程》不可能针对冶金企业热电厂制定相关规定,而国际《工业企业煤气安全规程》也未对此作说明和规定。
CO传感器的功能在于它能跟踪、监视锅炉运行过程中CO排放浓度的变化,做到提前报警,适时跳闸,避免电除尘器因CO浓度达到极限浓度而爆炸。

3 装设CO传感器的核心

3.1 气体燃料的爆炸极限（着火浓度极限）
爆炸极限（着火浓度极限）定义：在一种特定管内充以均匀的稳定可燃混合物，从管底向顶部（自下而上）点火而不能正常着火燃烧时，燃气在可燃混合物中最大和最小含量（%）称为爆炸极限（着火浓度极限）。
当可燃气体过少，燃烧析出的热量亦少，不能把可燃混合物加热到着火温度因而不能着火，通常把这一极限称之为爆炸下限（  着火零度下限）。
当可燃气体在可燃混合物中的含量过大，增加到一定限度时氧气含量相对减少到只能使少量燃气反应析热。此热量也不能使混合燃料加热到着火温度，因而不能着火，通常把这一限称作为爆炸上限（着火浓度上限）。

3.2 影响气体燃烧爆炸极限的因素
（1）影响气体燃料爆炸极限的因素有许多，根据有关资料介绍，一般有以下几条：
容积尺寸的影响：随着燃气和空气混合物温度升高，爆炸极限范围将扩大，对CO则相反，爆炸极限范围反而变窄；
惰性气体影响：当惰性气体含量增加时，爆炸极限的上下限均有所提高；
水分提高：水对碳氢化合物的爆炸起抑制作用，但对CO则反起促进作用；
氧气影响：一般在氧气中的燃气爆炸极限范围将扩大。

（2）高炉煤气与煤粉混合在锅炉燃烧过程中由于受诸多因素的影响，燃烧状况及运行条件不断变化，烟气中既有煤气不完全燃烧产生的 CO，又有煤粉不完全燃烧产生的 CO，烟气在流动过程中产生的涡流、死角也会造成 CO浓度局部积聚。因此，要准确地确定烟气中 CO 浓度（爆炸）极限及烟道中整体及局部的 CO 浓度是非常困难的。由于电除尘器属除尘器生产厂提供的设备，为预防 CO 浓度接近爆炸浓度极限，一般由制造厂向用户、设计院及 CO浓度监测仪制造厂提供相关的报警及联锁保护值，作为 CO浓度监测仪设计、安装、调试、运行的依据。
目前普遍认可的 CO 的浓度极限数据为∶报警∶1%～1.5% 联锁保护∶约 2%。

3.3 气体燃料的爆炸条件
任何气体燃料如发生爆炸，则必须具备下列三要素，即密闭的空间（或容器）;燃气在可燃混合物中含量处在爆炸浓度极限范围之内;有点火源存在。

3.4 电除尘器爆炸的可能性
对照上述爆炸浓度极限三要素，不难发现，锅炉电除尘器属密闭容器，运行时有高压电火化产生，当烟气中 CO 浓度一旦达到爆炸极限时，即达到了气体燃料爆炸的三要素，必然会引发爆炸事故。

3.5 电除尘器入口 CO 浓度分析
运行中的锅炉电除尘器是否会发生爆炸事故，取决于烟气中 CO 浓度是否会达到其爆炸极限浓度，也是判断其入口是否必须装设 CO 浓度传感器的关键。

严格地讲，当锅炉运行正常、燃烧稳定时，锅炉尾部烟气中 CO 浓度是很小的。但当锅炉处于低负荷运行，燃烧不稳定甚至恶化时则很危除。据统计，70%燃气锅炉爆炸事故均发生在低负荷运行期间，因为低负荷运行时燃烧最不易稳定，此时炉膛温度下降，燃烧不充分，化学不完全系数增大，部分燃气未燃尽直接进入烟道导致炉膛及烟道中 CO 浓度剧骤增加。当燃烧进一步恶化时，烟气中 CO 浓度将进一步增加，从而引发严重的安全事故。以上，从CO浓度爆炸极限的确定及其影响因素,爆炸条件和运行中电除尘器入口CO浓度分析等方面,对电除尘器爆炸的可能性进行了分析,认为掺烧高炉煤气燃煤锅炉电除尘器入口安装CO传感器非常必要.

高炉煤气燃煤锅炉电除尘器入口安装CO传感器,工采网技术工程师推荐使用一氧化碳传感器（抗烟气，带过滤，CO传感器） - CO-CF：
英国alphasense一氧化碳传感器（抗烟气，带过滤，CO传感器）

一氧化碳传感器CO-CF主要特性
灵敏度：55～90nA/ppm
响应时间：< 30s
量程：5000ppm
过载：10000ppm
分辨率：0.5ppm
尺寸：Φ20.2*23
使用寿命：2年
存储周期：6个月
工作温度：-30～50℃
工作湿度：15～90％RH
负载电阻：10～47Ω