Контроль качества сгорания топлива в методических нагревательных печах - Металлургия - Скачать бесплатно
[pic]U1=[pic]Ul =
[pic]U2(l/z), откуда l=z([pic]U1/[pic]U2) где z — длина реохорда, а l —
расстояние от подвижного контакта 3 реохорда 1.
Так как при изменении давления и температуры пробы АГС, а также
напряжения питания прибора [pic]U1 и [pic]U2 меняются по одному и тому же
закону, то показания газоанализатора не зависят от указанных факторов.
В многокамерных газоанализаторах используются чувствительные элементы
с наружной конвекцией, размещаемые между полюсами магнитов и ложными
наконечниками.
Если рассмотренные схемные и конструктивные решения многокамерных
систем в какой-то мере устраняют влияние давления и температуры пробы АГС,
то они не предотвращают влияние неопределяемых компонентов пробы АГС.
Положение усугубляется тем, что на чувствительные элементы действуют не
только упорядоченные потоки термомагнитной конвекции, но и огромные потоки
тепловой конвекции, сила которых определяется плотностью газа, т. е.
переменной величиной, зависящей от состава пробы АГС. Причем если для
кольцевых камер в отсутствие кислорода поток тепловой конвекции равен нулю
и влияние плотности отсутствует, то в рассматриваемых многокамерных
системах поток тепловой конвекции не связан с наличием кислорода в пробе
АГС, он всегда имеет определенное значение и влияние плотности максимально.
Для многокамерных систем характерно большое число модификаций,
различающихся не только шкалами, но и, что более важно, конструкциями камер
и схемными решениями.
На базе многокамерных систем возможно создание модификации для
использования на подвижных объектах.
Потоки термомагнитной конвекции, охлаждающие рабочие ЧЭ, имеют
противоположные направления. Потоки свободной тепловой конвекции,
возникающие при наклоне камеры, суммируются с одним из потоков
термомагнитной конвекции и частично компенсируются другим потоком.
Таким образом, поскольку измеряемый эффект представляет собой сумму
эффектов, реализуемых рабочими ЧЭ, то теоретически погрешность от влияния
наклона камеры должна компенсироваться. Практически же в газоанализаторах,
в которых используется описанная конструкция камеры, например в
газоанализаторе МН-5112 (переносный), допустимое значение угла наклона, при
котором возникает погрешность, не превышающая основную, составляет 45°.
Преимущество многокамерных систем — использование миниатюрных
малоинерционных чувствительных элементов, обеспечивающих устойчивую работу
газоанализаторов в условиях механических воздействий. Инерционность таких
ЧЭ не превышает 30 с при крутизне номинальной статической характеристики
20—25 мВ на 1 % (об.) кислорода.
Многокамерные газоанализаторы выпускаются отечественными
приборостроительными заводами. Это газоанализаторы, в которых используется
схема компаратора напряжения переменного тока МН-5130, МН-5121 — МН-5128, а
также газоанализаторы типов МН-5106М и МН-5110Т4.
С двухкамерными первичными преобразователями выпускаются
газоанализаторы «Magnos 5», «Magnos 5T» фирмы «Hart-man and Braun» (ФРГ),
модель 6500 фирмы GKHP (Англия), модель 7803 фирмы «Leeds and Northrup»
(ФРГ)
Четырехкамерный газоанализатор выпускает американская фирма «Mine
Safety Appliances Company», а тдкже фирма «Siemens» (ФРГ).
Недостатки — сложность, низкая надежность, низкий уровень унификации,
сложность технологии изготовления и наладки, недостаточно высокие
метрологические характеристики, трудность реализации частных задач,
обусловленных большим диапазоном воздействия давления пробы АГС и
ужесточением требований при их использовании на подвижных объектах.
Таким образом, сопоставление однокамерных (кольцевых) и многокамерных
систем свидетельствует в пользу однокамерных. Вместе с тем нельзя признать
кольцевую камеру единственно приемлемой для использования в базовой
конструкции унифицированного термомагнитного газоанализатора на кислород,
поскольку и она не является универсальной.
В СССР разработана так называемая О-образная камера, обладающая рядом
преимуществ по сравнению с классической кольцевой измерительной камерой.
О-образная измерительная камера состоит из двух параллельно
расположенных стеклянных трубок с двумя секциями, выполняющих одновременно
функции терморезисторов — термоанемометров.
Измерительная камера работает следующим образом. Проба АГС втягивается
в термоанемометр, находящийся под полюсами магнитной системы. При этом газ,
нагреваясь, теряет свои магнитные свойства и выталкивается более холодным
газом, продолжающим поступать в верхнюю полость, где происходит постоянная
смена газа.
В О-образном контуре камеры создается поток термомагнитной конвекции,
который изменяет сопротивление секций термоанемометров, включенных в
мостовую схему. По разбалансу моста судят о концентрации кислорода в пробе
АГС.
В термоанемометрах действуют потоки термомагнитной и тепловой
конвекции. Результирующий поток в О-образном контуре определяют по формуле:
Fк = Fм - Ft1+Ft2(33)
где FK — результирующий поток О-образного контура; Fм — поток
термомагнитной конвекции; Ft1— поток тепловой конвекции 1-го
термоанемометра; Ft2 — поток тепловой конвекции 2-го термоанемометра.
В зависимости от соотношений потоков тепловых конвекции Ft1 и Ft2 при
одной и той же конструкции измерительной камеры можно получить различные
функциональные решения.
Так, при достижении равенства Ft1= Ft2, обеспечиваемого
соответствующим симметрированием секций термоанемометров, можно достичь
диапазона, нижний предел которого начинается с нуля, и достигаются условия,
при которых изменение угла наклона в широком интервале не влияет на
показания прибора. На самом деле, при равенстве Ft1= Ft2 в О-образном
контуре действует только термомагнитная конвекция, не зависящая от угла
наклона. Это обстоятельство придает О-образной камере новые качества,
расширяющие область ее использования.
При варьировании значением Ft2 в широких пределах можно обеспечить Fк
= 0 на различных участках диапазона измерения.
При Ft1 = Ft2 нуль потоков, или Fк = 0, достигается при Fм =0, т. е. в
нулевой точке диапазона измерения (концентрация кислорода в пробе АГС равна
нулю). При изменении давления пробы АГС погрешности в этой точке диапазона
измерения не появляются.
Значение Fк = 0 можно реализовать и в любой другой точке диапазона
измерения, обеспечив равенство Fм = Ft1 — Ft2 при определенной
концентрации кислорода в пробе АГС.
Универсальность О-образной камеры предопределяет различные варианты
схем включения при неизменных параметрах самой камеры.
На рис. 13, а изображена схема включения О-образной камеры, в которой
один термоанемометр расположен под магнитными наконечниками и используется
в качестве измерителя, а второй термоанемометр — в качестве нагревателя для
обеспечения компенсации потоков термомагнитной и результирующей тепловой
конвекции в одной из точек диапазона измерения.
Рис. 13. О-образная камера:
а — с двумя термоанемометрами: одним измерительным, другим нагревательны-
м; б — с двумя измерительными термоанемометрами
Для увеличения чувствительности камеры и одновременного обеспечения
компенсации потоков предпочтительнее включать камеру по схеме, изображенной
на рис. 23, б. Здесь оба термоанемометра используются в качестве
измерительных, а второй термоанемометр одновременно выполняет и функции
нагревателя, создающего дополнительный поток тепловой конвекции для
обеспечения компенсации потоков. При этом наиболее эффективно в качестве
измерителя второй термоанемометр будет использоваться для диапазонов,
нижний предел которых начинается с нуля, так как протекающий через него ток
практически не отличается от тока, протекающего через первый
термоанемометр, и менее эффективно для диапазонов с подавленным нулем,
особенно в узких пределах измерения.
О-образная измерительная камера позволяет разработать компенсационный
термомагнитный газоанализатор, обладающий более высокими метрологическими
характеристиками. Принцип действия термомагнитных компенсационных
газоанализаторов основан на непрерывном поддержании равенства
термомагнитных и компенсирующих усилий, действующих на пробу АГС. Для
термомагнитных компенсационных газоанализаторов, использующих тепловую
конвекцию для обеспечения условий компенсации, Fк = 0 или Fм = Ft.
Преимуществами компенсационных газоанализаторов являются: полная
независимость показаний от давления пробы АГС; меньшая зависимость от
температуры; высокая точность; универсальность, т. е. возможность
разработки приборов с любыми пределами измерений.
Рис. 14. Схема термомагнитного газоанализатора с О-образной камерой: /
— резистор; 1 — магнитные наконечники; 3 — термоанемометр; 4 —
измерительная камера; 5 — нагреватель; 6 — измерительный прибор; 7 —
источник питания; S — усилитель
На рис. 14 представлена схема одного из термомагнитных
газоанализаторов, в котором использована О-образная измерительная камера.
[pic]
Измерительная камера 4 состоит из расположенного под магнитными
наконечниками 2 термоанемометра 3, который вместе с элементами 1 мостовой
схемы образует первичный измерительный преобразователь, реагирующий на
изменение концентрации кислорода в пробе АГС. Сигнал с диагонали съема
моста подается на вход усилителя 8, его выход связан с входом управляемого
источника питания 7, нагрузкой которого служит нагреватель 5, являющийся
устройством для создания компенсирующего патока тепловой конвекции.
Измерительный прибор 6 включен в цепь питания нагревателя.
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Газоанализатор работает следующим образом. При отсутствии в пробе АГС
кислорода отсутствует и поток термомагнитной конвекции FM. Создаваемый
термоанемометром 3 поток тепловой конвекции Ft1 уравновешен потоком
тепловой конвекции Ft2, создаваемым нагревателем 5 при протекании через
последний начального тока. Это состояние газоанализатора соответствует
исходному состоянию, когда концентрация кислорода в пробе АГС равна нулю.
При этом на входе в усилитель сигнал рассогласования отсутствует.
При появлении в пробе АГС кислорода возникает поток термомагнитной
конвекции Fм вызывающий разбаланс мостовой схемы. На входе в усилитель
появляется сигнал, который после усиления воздействует на управляемый
источник питания таким образом, чтобы уменьшить ток через нагреватель 5.
При этом уменьшается поток тепловой конвекции Ft2 и увеличивается
результирующий поток тепловой конвекции FT = Ft1 — Ft2.
Результирующий поток тепловой конвекции будет увеличиваться до тех
пор, пока он не уравновесит возникший поток термомагнитной конвекции, т.
е. пока не наступит равенство FK = FT. При этом на входе в усилитель
сигнал вновь станет равным нулю, а изменившееся значение тока питания
нагревателя 5 будет функцией концентрации кислорода в пробе АГС.
Аналогичным образом действует газоанализатор и при диапазонах с подавленным
нулем. В этом случае исходному положению соответствует такое состояние
компенсации, когда начальному значению потока термомагнитной конвекции
соответствует равное ему значение результирующего потока тепловой
конвекции. Рассмотренный термомагнитный компенсационный газоанализатор
обеспечивает компенсацию при любых концентрациях кислорода в пробе АГС.
Прибор Газоанализатор АГ0011 [4]
Предназначен для непрерывого автоматического измерения объемной доли
кислорода в невзрывоопасных двух или многокомпонентных газовых смесях (в
т.ч. и воздухе) и выдачи измерительной информации в виде показаний по
цифровому дисплею и стандартных электрических выходных сигналов
информационной связи с другими изделиями
Область применения: металлургические, нефтеперерабатывающие заводы,
ТЭС, электролизные и другие технологические установки.
Тип газоанализатора – стационарный
Способ забора пробы – принудительный
Принцип работы – термомагнитный
|Наименован|Диапазон |Пределы |Наименование неизмеряемого |
|ие |измерения |допускаемой|компонента анализируемой |
|измеряемог|объемной доли,|приведенной|среды |
|о |% |основной | |
|компонента| |погрешности| |
| | |, % | |
|Кислород |0-1 |±5,0 |Азот не нормируется; |
| | | |Один из компонентов: |
| | | |водород - от 0 до 1,2% |
| | | |метан - от 0 до 1,2% |
| | | |двуокись углерода от 0 до 15%|
| |0-2 |±4,0 | |
| |0-5, 0-10, |±2,0 | |
| |00-21, 0-30, | | |
| |0-50, 0-80, | | |
| |0-100 | | |
| |0-21, 0-50 |±2,0 |Воздух зоны производственных |
| | | |помещений по ГОСТ 12.1.005 |
| |0-2 |±4,0 |Двуокись углерода от 0 до |
| |0-5, 0-10, |±2,0 |25%, |
| |0-21, 0-30 | |Азот-остальное |
| |0-2 |±5,0 |Двуокись углерода от 0 до |
| | | |10%, |
| | | |Водород от 0 до 15%, |
| | | |Азот - остальное |
| |15-30 |±2,0 |Двуокись углерода от 0 до 3%,|
| | | | |
| | | |Азот - остальное |
| |50-100, 80-100|±2,0 |Азот |
| |90-100, 95-100|±2,5 |Азот или аргон |
| | |±4,0 | |
| |95-100 | | |
|Основные технические характеристики |
|Характеристики |Значения |Примечание |
|Параметры измеряемой среды: | | |
|- температура, °С |от +5 до +50 | |
|- давление (абсолютное), кПа |от 91 до 105 | |
|- влага, г/м3, не более |5 | |
|- пыль, г/м3, не более |0,001 | |
|- объемный расход, см3/с |12±4 | |
|- массовая концентрация |0,01 | |
|сероводорода и аммиака, г/м3 | | |
|Установление показаний Т0.9, |25 | |
|с, не более | | |
|Время прогрева, мин, не более |30 | |
|Унифицированный выходной |0-5, 0-20, 4-20 |По заказу |
|сигнал, мА | | |
|Наличие порогов сигнализации |Регулируемые уставки | |
|по 4-м каналам: |от 0 до 100% диапазона | |
|Два на превышение - "много" |измерения | |
|Два на понижение - "мало" | | |
|Температура окружающей среды, |От +10 до +50 |По заказу |
|°С | |от +5 до |
| | |+50 |
|Питание, В |220, 50Гц | |
|Потребляемая мощность, ВА, не |30 | |
|более | | |
|Габаритные размеры, мм |270x250x150 | |
|Срок службы, лет, не менее |10 | |
|Масса, кг, не более |9 | |
Магнитопневматический метод.
Для газоанализатора, основанного на использовании магнито-
пневматического принципа, необходима подача вспомогательного газа. В
качестве вспомогательного можно использовать газ, не содержащий кислорода,
а иногда и воздух. Вспомогательный газ служит в качестве пневматического
связующего звена между анализируемым газом и чувствительным элементом. За
счет притягивания магнитным полем кислорода анализируемой смеси повышается
давление (примерно на 10-4 мбар), которое передается вспомогательному газу
и регистрируется различными способами. Величина приращения давления
определяется уравнением[5]
[pic], (34)
где [pic] — приращение давления; А — коэффициент пропорциональности;
km — магнитная восприимчивость анализируемого газа; kh — магнитная
восприимчивость вспомогательного газа; Н — напряженность магнитного поля.
Отсюда видно, что на магнитопневматические газоанализаторы кислорода
не оказывают влияния немагнитные свойства неизмеряемых компонентов.
Устройство, предложенное Кундтом , измеряет приращение давления
непосредственно с помощью микроманометра. Однако этот способ не получил
распространения, что, возможно, определяется несовершенством измерения
перепада давления.
Рис. 15. Схема магнитопкевматического газоанализатора на кислород типа
Oxygor фирмы Maihak:
1 — вспомогательный канал; 2 — соединительный канал; 3 — кольцевой канал; 4
— проволочный нагревательный элемент; 5 — анализируемый газ; 6 —
вспомогательный газ
Другой способ, предложенный Люфтом и Морманом , использует
термоанемометрический мост, состоящий из проволочных нагревателей,
равновесие которого нарушается при изменении скорости потока.
Принципиальная схема прибора приведена на рис. 15. Сравнительный газ под
постоянным давлением по двум каналам 1 через прорези попадает в канал
анализируемого газа. Одна из двух прорезей находится в сильном неоднородном
магнитном поле. Пневматическое сопротивление обоих каналов 1 с помощью
винта настраивается так, чтобы при одинаковой концентрации кислорода в
анализируемом и вспомогательном газе движение газов в измерительной системе
было полностью симметричным. При снижении, например, содержания кислорода в
анализируемом газе возникает давление, направленное от магнитов в сторону
измерительного канала, так как противодавление кислорода в анализируемом
газе против прорези становится меньше. Симметричное распределение потоков
нарушается, и в соединительном канале 2 возникает поперечное течение. Один
из находящихся здесь проволочных нагревателей 4 охлаждается. Вместе с
находящимися в кольцевом канале 3 нагревателями он образует мост Уитстона.
Под действием протекающего тока температуранагревателей достигает примерно
до 100 °С. Вызванное охлаждением изменение сопротивления нарушает баланс
моста и является мерой разности концентраций кислорода. На сравнительные
элементы, установленные в кольцевом канале 3, не влияет поперечный поток,
так как этот канал связан с каналом 1 капиллярами. Эти элементы служат для
сохранения нулевой точки газоанализатора при изменении давления и
температуры. Влияние зависящих от положения нагревателей конвективных
потоков в сравнительном канале устраняется при помощи установочного винта.
В противоположность термомагнитным приборам сигнал этих газоанализаторов не
зависит от немагнитных свойств компонентов анализируемой смеси, таких как
теплопроводность, удельная теплоемкость и вязкость. Они особенно пригодны
для измерения концентрации кислорода в газовых смесях с сильно изменяющимся
составом и дл» измерения разности содержания кислорода в двух газах,
которые используют как анализируемый и сравнительный (например, в процессах
окисления в химии или биологии). Измерение содержания кислорода в
агрессивных газах возможно, но из-за диффузии агрессивных компонентов в
сравнительный газ промышленной применение такого метода измерения
проблематично. Вспомогательный раз, в качестве которого используют азот,
диоксид углерода или воздух, можно подавать из баллона или с помощью
насоса. Применение СО2 имеет по сравнению с азотом преимущество вследствие
ее более высокой теплоемкости, более низкой теплопроводности и вязкости,
что приводит почти к удвоению чувствительности анализа.
Описанный выше газоанализатор под названием Oxygor выпускает фирма
Maihak (Гамбург, ФРГ). Минимальный диапазон измерения 0—0,1 % (объемн.) О2;
прибор может работать также с подавлением нуля при соответствующем
сравнительном газе (для газа, содержащего 20—21 % О2 — с воздухом, 99—100 %
О2 — с кислородом) с точностью ±2 % от диапазона измерения. Прибор
термостатирован. Чистое запаздывание его ~5 с, время выхода на 90 %-ное
показание 15 с. При расходе сравнительного газа 10 см3/мин 10-кг баллон с
СО2 может работать около года.
Рис. 16. Схема газоанализатора Оху-ttiat 2 фирмы Siemens: 1 —
анализируемый газ; 2 — вспомогательный газ; 3 — измерительная камера; 4 —
полюс электромагнита переменного тока; 5 — детектор малых расходов
В 1970 г.. фирма Siemens начала выпускать газоанализатор Охуmat .
Измерение изменения давления вспомогательного газа в нем производится с
помощью недавно разработанного микродетектора потока газа. Этот детектор
позволяет работать с периодически изменяющейся силой магнитного поля,
создаваемого электромагнитом. Возникающие при этом пульсирующие изменения
газового потока измеряются микродетектором и усиливаются. Схема устройства
показана на рис. 16. В плоскук измерительную камеру, изготовленную из
коррозионностойкой стали, с двух сторон подается вспомогательный газ. Левая
половина измерительной камеры находится между полюсами электромагнита (поле
меняется с частотой 8 1/3 Гц). Вспомогательный гаг под давлением в
несколько бар поступает в систему через диафрагму (с отверстием,
выполненным при помощи луча лазера) выполняющую роль дросселя. При наличии
в анализируемом газе кислорода возникающие между двумя половинами
измерительной камеры периодические импульсы перепада давления чере;
изогнутую в форме восьмерки трубку (для компенсации изменений потока,
вызванных инерционными силами при импульсном движении газа) передаются
детектору
|
