Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор конструкции печей и систем отопления 9
1.1 Трубчатые печи 9
1.1. 1 Обзор конструкций трубчатых печей, применяемых на установках пиролиза углеводородного сырья 10
1.2 Конструкции и рабочие характеристики газовых горелок 24
1.2.1 Комбинированные газомазутные горелки 25
1.2.2 Инжекционные горелки 31
1 2.3 Плоскопламенные газовые горелки 44
Глава II. Плоекоплаиенные горелки типа АГГ для трубчатых печей-...51
Глава III. Особенности теплообмена и сжигания топливного газа в печах пиролиза 69
3.1 Особенности теплообмена в рабочем пространстве пиролизных печей...69
3.2 Аэродинамические основы формирования настильного разомкнутого факела 82
3.3 Снижение оксидов азота при сжигании газа в пристенном диффузионном факеле 91
Глава IV. Проведение экспериментальных исследований при разработке горелок АГГ 98
4.1 Определение оптимальных регулируемых размеров горелок АГГ.. 100
4.2 Определение размеров воздушных каналов в амбразурной втулке и регуляторе инжекции 107
4.3 Исследование работы газовых горелок АГТ-1 - АГТ-4 на промышленных печах 109
4.4 Схемы размещения газовых горелок типа АГГ в трубчатых печах.. Л14
Глава V. Практическое применение результатов исследования 121
5.1 Тепловые потери и КПД трубчатых печей 121
5.2 Приборы, применяемые для обследования трубчатых печей 125
5.3 Результаты обследования трубчатых печей с горелками типа АГГ. 132
Глава VI. Влияние организации горения на выход оксидов азота 155
6.1 Методы подавления оксидов азота в дымовых газах трубчатых печей и котельных агрегатов 157
6.2 Результаты обследования трубчатых печей технологических установок нефтепереработки и нефтехимии на содержание оксидов азота в дымовых газах 164
6.3 Газовая горелка, обеспечивающая снижение оксидов азота в дымовых газах 170
Глава VII. Экономическое обоснование использования в системах сжигания топлива плоскопламенных горенок АГТ для печен пиролиза 173
Выводы 19S
Список используемой литературы 200
Приложения 207
- Обзор конструкций трубчатых печей, применяемых на установках пиролиза углеводородного сырья
- Аэродинамические основы формирования настильного разомкнутого факела
- Определение размеров воздушных каналов в амбразурной втулке и регуляторе инжекции
- Приборы, применяемые для обследования трубчатых печей
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основной задачей в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности является ускоренное развитие отраслей по переработке нефти при одновременном снижении удельных затрат на переработку сырья. Выполнить эту задачу можно только за счет технического переоснащения предприятий путем создания и внедрения нового высокопроизводительного оборудования, а также повышения эффективности работы существующих технологических установок.
Основными аппаратами в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности являются трубчатые печи. Современная тенденция совершенствования различных трубчатых печей характеризуется созданием компактных агрегатов большой единичной мощности целевого назначения для осуществления технологичного процесса.
Приоритетными в различных отраслях по переработке нефти являются узкокамерные печи, обеспечивающие наилучшие условия по передаче тепла сырьевым змеевикам и экономному расходованию топлива. Наиболее широкое применение такие печи нашли в высокотемпературных процессах -на установках пиролиза, конверсии, получения аммиака и т.д. Жесткий температурный режим в таких печах требует особого внимания к выбору систем обогрева сырьевых змеевиков. Так, в печах пиролиза сырье нагревается до температуры 830- 860 С, трубы-до 1000-1100 С, близкой к предельно допустимой температуре по жаростойкости и жаропрочности для высоколегированных сталей типа 45X25H35CJL Традиционно в таких печах в отечественной практике и за рубежом в системах сжигания топливного газа используются инжекционные горелки. Опыт их эксплуатации показал наличие конструктивного несовершенства, нарушение теплового режима в топках печей, приводящие к преждевременным остановам.
В диссертации предлагается новый подход к системам сжигания топлива в узкокамерных печах с использованием плоскопламенных горелок, не имеющих аналогов в мировой практике. Дается обоснование использования
5 горелок типа АГГ в различных конструкциях трубчатых печей для решения таких вопросов как высокая технологичность, простота конструкции, экономия топлива, снижение вредных выбросов с дымовыми газами.
Цель работы заключается в разработке и исследовании новых плоскопламенных горелок типа АГГ для систем газового отопления узкокамерных печей нефтехимических производств, обеспечивающих интенсификацию теплотехнологических процессов, повышение энергоэффективности печей, обеспечение снижения уровня загрязнения воздушного бассейна, повышения надежности работы и увеличение срока службы.
Научная новизна: Поставленная цель диссертации достигнута теоретическими и экспериментальными исследованиями. Наиболее принципиальной новизной обладают следующие результаты:
L Впервые предложена аэродинамическая схема плоскопламенной горелки типа АГГ, на новой основе позволяющая реализовать устойчивое сжигание многокомпонентных газообразных топлив, в том числе с большим содержанием водорода в настильном факеле. 2- Предложено в плоскопламенных горелках сжигание газа в диффузионном факеле. Экспериментально обоснованы соотношения между первичным и вторичным воздухом. Коэффициент расхода первичного воздуха лежит в пределах а = 0,15-0,2,
Проведен теоретический анализ взаимосвязи теплообмена с аэродинамикой разомкнутого диффузионного факела. Прикорневая область, где находится первичная газовоздушная смесь, лучепрозрачна и нагрев стены топки происходит за счет излучения продуктов сгорания из рабочего пространства.
Установлен механизм теплообмена в развитой части плоского пламени, заполненного продуктами реакций. Вследствие возросшей вязкости горящего потока решающую роль в разогреве кладки играет трение от
поступательного движения газов, усиленное тангенциальной составляющей скорости вращающегося потока,
Применение нового способа сжигания топлива обеспечивает равномерное распределение тепловых потоков, исключает локальные перегревы змеевиков, что обеспечивает повышение надежности и увеличения срока службы печей.
Экспериментально исследовано развитие факела вдоль плоской огнеупорной стенки и получено подтверждение эффективности тепловой работы печи. Интенсификация теплообмена за счет обеспечения косвенного радиационного нагрева позволяет увеличить производительность печи в тех же конструктивных размерах.
Теплотехнические исследования подтвердили преимущества горелок АГГ для нагрева сырья, экономного расходования топливного газа по сравнению с традиционными инжекционными горелками.
Разработка горелок АГТ на уровне изобретений и защита конструкций патентами РФ.
Практическая ценность и реализация работы. Результаты исследований газовых горелок АГТ использованы при разработке систем сжигания топливного газа в трубчатых печах нефтеперерабатывшощих и нефтехимических производств. В каждом конкретном случае учитывались -конструктивная особенность печей, тепловая мощность, требования к обогреву сырьевых змеевиков, состав топливного газа и т.д.
1. В печах пиролиза установок ЭП-300 (Кетово, Салават, Ангарск)
вместо 112 горелок фирмы "Хепос" (Чехия) в каждой печи
установлено 24 горелки АГГ-2, по 6 штук против каждого из четырех
сырьевых потоков. Топливом служит метановодородная фракция с
содержанием водорода до 20 %.
2, В печах установки Э-200 (завод "Этилен" г. Казань) вместо 500
горелок ГБПш в каждой первоначально были установлены горелки
АГГ-6 в количестве 24 штук аналогично печам установки ЭП-300. С
7 переходом на топливо с высоким содержанием водорода (до 80 % об.) системы обогрева в этих печах реконструированы, установлены более надежные и эффективные горелки АГТ-10 в количестве 80 штук на печь,
На I и II очередях завода "Этилен" в печах установки ЭП-60 вместо 250 инжекционных горелок на печь смонтированы 8 горелок АГТ-9, в более же высоких печах установлены в два яруса 22 горелки АГТ-9 А.
На газоперерабатывающем заводе ОАО "Татнефть" (г. Альметьевск) в системах сжигания топливного газа нагревательных печей установлено по 44 горелки АГТ-7 с пилотной горелкой, являющейся одновременно малой ступенью сжигания топлива.
После реконструкций трубчатых печей с использованием горелок АГТ проводился комплекс работ по теплотехническому обследованию с анализом дымовых газов по всему тракту для подтверждения качественного сжигания топлива и высокого КПД, а также замером температуры излучающих стен топок и сырьевых змеевиков с обоснованием равномерной передачи тепла сырью.
После получения положительных результатов разрабатывалась и передавалась обслуживающему персоналу "Инструкция по сборке, монтажу и эксплуатации газовой горелки (тип АГТ)", примененной в этой схеме.
Апробация работы* Основные результаты работы докладывались автором на 5-й Международной конференции молодых ученых и студентов (г, Самара, 2004 г.); Всероссийской студенческой научно-технической конференции "Интенсификация тепломассообменных процессов, промышленная безопасность и экология" (г. Казань, 2005 г.); Всероссийской студенческой олимпиаде ''Оборудование нефтегазопереработки" (г. Самара, 2005 г.); Конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению "Энергетика и энергосбережение" (г. Барнаул, 2005 г.);Всероссийской научной конференции "Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения" (г. Самара 2006 г.); III Международной
научно-практической конференции (г. Самара 2006 г.), 10-ой юбилейной международной конференции "Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения" (г, Н-Новгород, 2006 г.).
Объем диссертации. Работа состоит го 7 глав, введения и заключения, 58 рисунков, 38 таблиц и списка использованной литературы из 70 наименований.
Обзор конструкций трубчатых печей, применяемых на установках пиролиза углеводородного сырья
Из высокотемпературных процессов у нас в стране и за рубежом наиболее широкое распространение получил пиролиз углеводородного сырья. Основным аппаратом на пиролизной установке является печь-реакгор. Конструктивное совершенство связано со многами факторами - ужесточение теплового режима для увеличения выхода целевых продуктов, использование в качестве сырья широких фракций жвдких и газообразных углеводородов - бензиновых и керосиновых фракций, этана, пропан-бутана, широких фракции легких углеводородов (ШФЛУ) и т.д.
Печи пиролиза старой конструкции (рис. 1) в основном предназначались для переработки углеводородных газов [1]. Характерная особенность этих печей -наличие двухпоточных змеевиков, выполненных из труб диаметром 114x6 мм и расположенных на стенах и потолке топочной камеры в виде экранов одностороннего облучения. Печи оборудованы газовыми длиннопламенными горелками. Дымовые газы выходят из топочной камеры под действием естественной тяга и направляются через конвекционную часть змеевика, отделенную от топки перевальной стенкой. Значительный недостаток печей -большая неравномерность обогрева труб змеевика; это обусловливает усиленное коксообразование на внутренней поверхности труб прогиб, а зачастую пережог отдельных труб змеевика (особенно на выходе), в связи с чем требуется их регулярная замена. Все печи этого типа часто останавливают для выжига кокса и ремонта труб.
При расположении труб двухпоточных змеевиков в одной топочной камере и при одностороннем размещении (на передней или торцевой стенках) длиннопламенных факельных горелок добиться одинаковой температуры для обоих потоков сырья не удается.
Однокамерные печи такой конструкции использовали в течение ряда лет для пиролиза керосиновой фракции при мягком режиме с целью получения ароматических углеводородов, В связи с указанным назначением процесса эти печи по технологическому режиму и конструкции змеевика значительно отличались от современных печей пиролиза, используемых для получения олефйнов. Процесс пиролиза проводили без добавления водяного пара. Температура газов пиролиза на выходе из печи не превышала 700С, Несмотря на сравнительно низкие температуры пиролиза и малую глубину разложения печи необходимо было не более чем через 20 суток останавливать на выжиг кокса.
Первым шагом к созданию печей, более пригодных для пиролиза углеводородного сырья с целью получения олефйнов, явилась разработка Гипрокаучуком типовой двухкамерной трубчатой печи (рис. 2). В этой печи расстояние между экраном и кладкой стен несколько больше, чем в однокамерных печах, и трубы экрана, находящиеся напротив факельных горелок, расположены дальше от них.
Вместо длиннопламенных горелок, применявшихся ранее в однокамерных печах, установлены турбулентные горелки, характеризующиеся небольшой длиной факела и хорошим перемешиванием воздуха с топливным газом. В каждой камере имеется восемь таких горелок. Среднее тепловое напряжение труб экрана в радиантной части печи составляет 29,0 кВт/м2. В печи этой конструкции устранен один из основных недостатков однокамерных печей -неравномерность нагрузки по потокам. Кроме того, в результате сокращения расстояния мевду горелками и применения короткопламенных горелок повысилась равномерность нагрева по длине труб змеевика в радиантной части.
Еще больше удалось устранить неравномерность нагрева по длине труб змеевика при внедрении в печную технику панельных беспламенных горелок конструкции Гипронефтемаша [2]. На рис. 3 показана печь, разработанная Гипрокаучуком и предназначенная для пиролиза бензиновых фракций, с панельными горелками системы Гипронефтемаша, Это печь шатрового типа с пристенными и потолочными экранами одностороннего облучения и конвекционной камерой, расположенной в центре печи. Печь является двухкамерной с двухпоточным змеевиком. Применение панельных горелок позволило повысить среднее теплонапряжение поверхности радиантных труб, увеличить теплонапряжение объема топочного пространства и значительно уменьшить габариты печи. Размещение каждого из потоков змеевика в самостоятельной камере гарантирует создание для них одинаковых режимов. Змеевик печи состоит из труб разного диаметра. Секция подогрева и испарения жидкого бензина выполнена из труб диаметром 114x6 мм (сталь 10). Радиантная часть змеевика состоит из труб диаметром 140x8 мм (сталь 20Х23Н18). Поскольку смолы и кокс удаляют со стенок путем прожига, все трубы змеевика соединены между собой при помощи сварки. Производительность печи 6500 кг/ч по перерабатываемому сырью - бензину. Расчетный режим пиролиза: температура в зоне реакции 770С; длительность реакции 1 сек; добавка водяного пара 50% от массы сырья. Температура паров сырья на входе в радиантную часть змеевика 470-500С; температура дымовых газов на выходе из топки 930С.
Аэродинамические основы формирования настильного разомкнутого факела
Организация сжигания топлива и теплообмена в теплотехнологических промышленных установках представляют собой сложную комплексную научно-техническую проблему, одним из направлении которой является применение шюскоштаменных горелок в нагревательных печах машиностроения.
В решении этой проблемы во второй половине XX в. был сделан существенный вклад учеными СССР- В этой области работали крупные научные коллективы - Институт газа АН Украинской ССР, Теплопроект (Москва), Стальпроект (Москва), ВНИИМТ (Свердловск) и другие отдельные ученые и коллективы.
Особую роль в этом перечне следует отметить ученых ИГ АН УССР, труды которых занимали ведущие позиции (А,Е. Еринов, Б.С. Сорока и др.). Сделать обзор и полный анализ всех публикации по этому направлению в пределах кандидатской диссертации не представляется возможным, что может являться самостоятельным трудом по истории развития данного технического направления. Поэтому целесообразно остановиться на некоторых извлечениях и использовании в данной работе достаточно полных трудов» где описаны подходы решению задач косвенного радиационного теплообмена в нагревательных печах, исследовать новые закономерности организации сжигания и теплообмена в узкокамерных печах нефтехимии. При этом следует отметить, что для отопления этого класса печей используется не только природный газ, но и многофракционные газы нефтехимзаводов, которые прежде зачастую сбрасывались в атмосферу. Последнее тем более важно, что в этом случае решается задача не только защиты воздушного бассейна, но и вовлечение сбросных газов в топливный баланс предприятий - снижаются затраты на преобретение топлива.
Плоскопламенные горелки, используемые в высокотемпературных установках с целью интенсификации процесса теплообмена и обеспечения равномерного теплового потока излучением, являются наиболее перспективными устройствами для создания режима косвенного направленного теплообмена и реализации его преимуществ.
Характерной особенностью плоскопламенных горелок является создание разомкнутого факела с углом раскрытия 180, распространяющегося тонким слоем вдоль огнеупорной поверхности стенки. Аэродинамической основой разомкнутого факела может быть веерная плоская безотрывная струя, либо веерная, закрученная. При этом дальность струи превосходит толщину слоя горения в 4-16 раз [22]. Такое развитие факела сопровождается резким ростом теплоотдачи от факела к обтекаемой поверхности кладки. Кладка разогревается и служит источником интенсивного равномерного теплового потока излучением. Результирующий коэффициент теплопередачи системы продукты горения - кладка - нагреваемая поверхность. Это приводит к росту суммарного коэффициента теплоотдачи по сравнению со значениями, характерными для топок с большим объемом.
Для организации факела, равномерно распределенного по поверхности и стелящегося по стенам, обеспечения устойчивости горения необходимо поток сделать полым (т.е. создать значительный градиент статического давления, как в поперечном сечении, так и вдоль течения). Омываемая площадь поверхности безотрывным течением определяется радиальной компонентой скорости потока. На некотором расстоянии от оси закрученного потока горение распространяется до стенок, при этом возрастает вязкость газов и напряжения трения у поверхности кладки. Отрицательный градиент давлений поперек потока приводит к прилипанию" его к твердым стенам кладки с последующим настильным его распространением в радиальной плоскости.
Формирование режима "прилипания" в условиях работы печей машиностроения, работающих при противодавлении (0-10 Па) может быть обеспечено сравнительно невысокими скоростями истечения воздушного потока.
В условиях работы нефтехимических печей с разрежением в рабочем пространстве требуются достаточно высокие скорости истечения газа (до 400 м/с), при этом радиальные скорости горящего потока должны быть достаточно высокими, чтобы обеспечить сохранение настильности.
Оставаясь в русле рассуждений авторов книги [22], воспользуемся для анализа качественной картины закрученного движения приведенным решением.
Пренебрегаем осевой компонентой скорости вследствие ее малости. Таким образом, при безотрывном обтекании кладки линии тока располагаются вдоль кладки, а их проекции на меридиональные плоскости совпадают с радиусами, параллельными плоскости кладки. Считая в первом приближении движущиеся газы идеальной невязкой жидкостью и предполагая отсутствие потенциала массовых сил и исходя из системы уравнений Эйлера в цилиндрических координатах запишем следующую систему уравнений [22].
Определение размеров воздушных каналов в амбразурной втулке и регуляторе инжекции
В трубчатых печах разрежение обеспечивается за счет естественной тяги или вынужденной (дымососом).
В «высоких» печах нефтепереработки и нефтехимии (10-14 м) разрежение по ярусам меняется от 70-150 Па (низ печи) до 20-60 Па (верх печи), в «низких» печах (4-5 м) разрежение обычно составляет 40-50 Па.
Учитывая широкий диапазон движущих сил для воздуха (тяга) и производительности газовых горелок АГТ, ниже представлен алгоритм расчета диаметра амбразурной втулки для подачи воздуха из атмосферы для качественного сжигания газового топлива.
Горелки АГГ-1 - АГТ-4 имеют номинальный расход газа (все расчеты выполнены для наиболее применяемой в промышленности метано-водородной фракции), разрежение в печи принято равным 40 Па, и для этих условий выполнены расчеты диаметров амбразурных втулок. Эти размеры составляют: для АГГ-4 -159 мм, АГТ-3 -219 мм, АГТ-2 - 273 мм и АГГ-1 -325 мм. Для конкретных ситуаций при проектировании или реконструкции систем сжигания топлива необходимо корректировать эти диаметры втулок. Так, например, в «высоких» печах этиленовых производств, где тяга меняется от 150 до 20 Па, необходимо амбразурную втулку рассчитывать на самое низкое разрежение, во всех других ярусах устанавливаются такие же втулки, а подача воздуха на горение регулируется жалюзями горелок. При полностью открытых жалюзях площадь воздушных каналов равняется площади зазора между амбразурной втулкой и газовой горелкой.
При установке регуляторов инжекции предусматривается зазор «С» (рис. 36) для воздуха в случае полного закрытия жалюзей. Этот воздух необходим для охлаждения корпуса горелки и предупреждения обгорання ее материальной части. Величина зазора «С» в каждом конкретном случае рассчитывается так, чтобы количество воздуха, проходящего через него, составляло около 20% от общего, поступающего через горелку в печь.
Определение диапазона стабильной работы, т.е. коэффициента рабочего регулирования является важной задачей при разработке новых горелок. В этом диапазоне определяется номинальная тепловая мощность, при которой обеспечиваются лучшие показатели - теплотехнические, аэродинамические, экологические и т.д.
Учитывая высокие производительности по топливному газу плоскопламенных горелок АҐГ, проверка их работы на соответствие проектным характеристикам осуществлялась на действующих печах установок ЭП-60 завода «Этилен» (г. Казань) [45]. Первым испытываемым образцом была горелка АГТ-1 с закладной гильзой D = 325 мм; все остальные горелки АГТ-2, АГГ-3 и АГТ-4 с меньшими гильзами монтировались и укреплялись в гильзе АГТ-1.
При испытаниях определялись следующие показатели: нижний и верхний предел устойчивой работы; расходные характеристики горелок; максимальные и минимальные тепловые мощности; диаметры раскаленных дисков на излучающих стенах топки.
Низшая теплотворная способность топлива составила QI =72Пюшд/нм =Ж52кДж/нм Предельные режимы устойчивой работы горелок определялись при постоянном разрежении в топочной камере.
Нижний предел устойчивой и эффективной работы соответствовал условию полного разворота факела на излучающие стены топочной камеры.
Следует отметить, что при снижении расхода газа ниже нижнего рабочего режима горелки в достаточно широком диапазоне имеет место устойчивое горение топливовоздушной смеси с неполным разворотом пламени Такой режим горения хотя и не является рабочим, однако, может использоваться в переходных технологических операциях работы печного агрегата (розжиг, сушка кладки, декоксование змеевиков и др.).
Верхний предел устойчивой работы горелок обычно связывают с появлением первых признаков пульсационного горения или местного отрыва пламени. При испытании горелок АГТ этих явлений не наблюдалось во всем диапазоне располагаемого давления топливного газа. Однако следует отметить, что скорость истечения топливного газа из спиральных каналов завихрителя при максимальных нагрузках близка к звуковой, превышение которой может сопровождаться явлением «запирания» горелки и резким увеличением звукового давления (уровня шума).
Расходная характеристика выражает зависимость расхода топливного газа от давления его непосредственно перед горелкой (т.е. после всех запорных и регулирующих устройств). Порядок выполнения работ был следующим:
- после розжига горелок плавным увеличением расхода топливного газа фиксировались его давление на манометре вблизи горелки и расход топлива (в операторной установки);
- контроль за поведением факела в печи осуществлялся визуально через гляделки;
- переход факельного горения в настильное характеризовал нижний предел устойчивой работы горелок;
- дальнейшее повышение давления (расхода топлива) до верхнего предела устойчивой работы характеризует рабочий режим горелок.
При обследованиях проводился замер раскаленных горящих дисков на излучающих стенах топки при максимальных нагрузках по топливу; эти сведения по пристенному горению в дальнейшем необходимы для разработки схем размещения горелок разной тепловой мощности на излучающих стенах топок печей. Для горелки АГГ-1 - Оф=4,2 м; для горелки АГГ-2 - 3,0 м; для горелки АГГ-3 -1,7 м; для горелки АГГ-4 - 0,9 м.
Результаты измерений давления газа и соответствующего этому давлению расхода топливного газа приведены в табл. 10 и на рис.40.
Техническая характеристика, например, для горелки АГГ-2 получена из следующих рассуждений. Нижний предел устойчивой работы, т.е. момент полного раскрытия факела на излучающую стену, зафиксирован при давлении 40 кПа и соответствующем ему расходе топливного газа в 55 нм3/час. В диапазоне располагаемого давления топливного газа перед топкой явление отрыва пламени от устья горелки не наблюдалось.
Однако, чтобы не допустить превышения уровня звука выше нормативного значения в 80 дб,, ограничением верхнего предела давления является 120 кПа и соответствующего ему расхода в 120 нм3/час
Приборы, применяемые для обследования трубчатых печей
Центральные заводские лаборатории (ЦЗЛ), теплотехнические лаборатории нефтехимических предприятий проводят комплекс работ с целью наиболее экономичной эксплуатации печей. Основное внимание уделяется уменьшению потерь тепла с отходящими дымовыми газами, снижению вредных выбросов в атмосферу, повышению КПД или поддержанию их на уровне проектных.
Систематически проводится анализ дымовых газов по всему тракту печей, замеряются температуры кладки и труб сырьевых змеевиков. Приборы для анализа топочных газов. На заводе "Органический синтез" (г. Казань) для анализа дымовых газов в печах нами использовались стационарные приборы (табл. 14).
Недостатками этих приборов являются: невысокая точность измерений, большая погрешность, влияние различных фаооров на качество измерений (температура окружающей среды, глазомер, качество приготовления растворов и т.д.), большое количество времени для проведения анализов, необходимость дополнительных замеров и расчетов для определения тепловых потерь и других показателей, громоздкость приборов, хрупкость (ГХП).
На смену им в настоящее время пришли современные компьютеризированные газоанализаторы. Наибольшее распространение получили газоанализаторы, производимые фирмой «ДИТАНГАЗ» (г. Нижний Новгород), Это переносные компьютеризированные газоанализаторы ДАГ-16 и ДАГ-500, а также автоматизированная стационарная многоканальная система контроля выбросов загрязняющих веществ в дымовые газах АСКЗВ.
Газоанализаторы ДАГ-16 и ДАГ-500 являются многофункциональными измерительными приборами высокого класса с широкими возможностями.
Они могут применяться для технического мониторинга и использования в различных областях, включая химию, разработку различных технологий, создания топливных установок и двигателей. Приборы обеспечивают оптимизацию технологических процессов, позволяя тем самым снизить потребление топлива и выбросы вредных веществ в окружающую среду.
Эти газоанализаторы представляют собой законченные портативные многофункциональные приборы со средствами отбора пробы, обработки данных и регистрации результата на термобумаге и электронных носителях информации.
Наименованиеопределяемого компонента Методика выполнения измерений (МВИ) Диапазон определяемых концентраций,мг/м3 Прибор
Оксид углерода ПНДФ13Л :2:3.27-99"МВИ массовой концентрацииоксида углерода н метана методомреакционной газовойхроматографии в атмосферномвоздухе, воздухе рабочей зоны ипромышленных выбросах11 2-600 Хроматограф"Кристалл-2000М"
Оксид азота, диокнсь азота ЛПЭ-13/05"Методика раздельногоопределения моно- и диоксидаазота в выбросах" 5-1300 Спектрометр СФ-201
Метан "МВИ массовой концентрации углеводородов в атмосферномвоздухе, воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах" Предельные углеводороды1,5-110000Непредельныеуглеводороды1,5-60000 Хроматограф "Кристалл-2000М"
Преимуществом этих приборов является большое количество измеряемых газов (в зависимости от числа сенсоров от 2 до 6 можно измерять 02, S02, H2S, на основании 02 прибор рассчитывает ССЬ), измерение температур воздуха, уходящих газов, давления, разряжения. Приборы оперативно просчитывают и выдают данные потерь тепла с уходящими газами и от химического недожога, а также суммарные потери и значение коэффициента избытка воздуха, разрежение в топке.
Удобство эксплуатации приборов (вся информация выводится на дисплей приборов), высокая точность измерений (СС 2, Ог - 0,1%, остальные газы -lppm, что составляет 0,0001%), широкий диапазон и небольшая погрешность измерений, быстрота проведения замеров и выдачи информации, наличие памяти на 200 мест и встроенного принтера, возможность наблюдения за процессом горения в динамике, компактность приборов, сравнительно невысокая стоимость делает их наиболее популярными на сегодняшний день. Приборы ДАТ использовались для полного анализа дымовых газов за конвекцией, так как максимальная допустимая температура для работы на приборе-600 С
В комплект контактного измерительного устройства входят: термопара, электрический измерительный прибор (вторичный прибор), соединительные и компенсационные провода. Термопара состоит из двух сваренных между собой {одним концом) термоэлектродных проволок, изолированных одна от другой фарфоровыми или шамотными одно- или двухканальными соломками и бусами, выдерживающими нагрев до 1400 С.
Выбор термопар определяется верхним пределом измерения температуры табл. 16. Если для данного диапазона измерения температур применимо несколько типов термопар, то предпочтение отдается той, которая развивает наибольшую ЭДС.
Материал термопар должен обладать: стабильностью термоэлектрических характеристик, что обеспечивает точность и надежность результатов измерения и исключает необходимость в частых переградуировках; механической прочностью и пластичностью; термоэлектрической однородностью, что обеспечивает необходимость термоЭДС термопары от распределения температур.
Для высокотемпературных печей применяют термопары платинородиевые - платиновые типа ТПГТ. На срок службы и точность этих термопар большое влияние оказывает окружающая среда. Они устойчивы к окислительной среде, но очень чувствительны к воздействию восстановительной среды, особенно при содержании в ней окиси углерода, а также оксидов металла и кремнезема. При длительной эксплуатации в восстановительной среде в условиях высоких температур электроды термопар становятся хрупкими, разрушаются и изменяют показания градуировки. Поэтому они нуждаются в надежных защитных газонепроницаемых трубчатых чехлах.
Платинородиевый,ТПР ПР-ЗО/б 300 1600 1800 Термопары хромель-алюмелевые диаметром 3,2 мм нашли широкое распространение для длительных измерений температуры до 1000С в защитном чехле из стали Х27. В чехле из стали 12Х18Н10Т их можно применять до 800 С. Однако при надежной защите этих термопар от воздействия среды их применяют при более высоких температурах - до 1300 С
Точность измерения температуры термопарой корректируется поправкой на температуру холодного спая. Ее следует поддерживать по возможности постоянной (например, термостатированием), мало зависящей от температуры окружающей среды. Если температура свободных концов отличается от температуры, при которой производилась градуировка (обычно 0 С), то вводят поправку к измеряемой температуре.
Один от другого и от защитного чехла (гильзы) термоэлектроды должны быть надежно электрически заизолированы, так как нарушение изоляции вызывает искажение (обычно занижение) показаний температуры. Для измерения термоЭДС применяют электронные автоматические потенциометры. Это показывающие и самопишущие приборы с автоматической компенсацией изменения температуры свободных концов термопреобразователей. Класс точности автоматических потенциометров 0,5 или 1Д
