Прымяненне тэхналогіі анлайн-маніторынгу вільготнасці дымавых газаў
Тэхналогія датчыкаў паліўных элементаў
Выкіды дымавых газаў з розных гарэлак, прамысловых і камерцыйных катлоў выклікалі сур'ёзнае забруджванне атмасферы. Маніторынг таксічных і шкодных газаў у дымавых газах з'яўляецца важным аспектам ахоўных мер па ахове навакольнага асяроддзя. Для задавальнення гэтай патрэбы з'явіліся сістэмы бесперапыннага маніторынгу выкідаў (СБМВ), якія звычайна колькасна вызначаюць забруджвальнікі ў дымавых газах на аснове ўмоў сухога дымавых газаў. Тым не менш, прамысловыя дымавыя газы не з'яўляюцца ідэальнымі сухімі газамі і заўсёды ўтрымліваюць пэўную колькасць вільгаці. Такім чынам, вільготнасць дымавых газаў стала важным параметрам вымярэння пры маніторынгу крыніц забруджвання дымавымі газамі, і дакладнасць яе вымярэння непасрэдна ўплывае на разлік агульных выкідаў і канцэнтрацый забруджвальных рэчываў, а таксама на ацэнку эфектыўнасці сістэмы ачысткі дымавых газаў.
Акрамя таго, каліброўка вільготнасці таксама з'яўляецца значнай праблемай. Гэта звязана са складанасцю вытворчасці генератараў высокатэмпературнай вільготнасці, што ўплывае на прасочвальнасць значэнняў вымярэнняў з анлайн-прыбораў для вымярэння вільготнасці. Для праверкі і каліброўкі вымяральнікаў вільготнасці дымавых газаў неабходна мець прылады, здольныя генераваць стандартныя крыніцы вільготнасці, а таксама эталоны і стандарты вільготнасці. Метады вымярэння вільготнасці, здольныя вызначаць абсалютную вільготнасць, могуць служыць эталонамі вільготнасці, а газы з вядомым узроўнем вільготнасці таксама могуць служыць эталонамі вільготнасці. Стандарт «Вызначэнне часціц і метады адбору проб газападобных забруджвальных рэчываў, якія выкідваюцца з выхлапных газаў стацыянарнай крыніцы» (GB/T 16157-1996) вызначае тры метады вымярэння вільготнасці дымавых газаў: метад вільготнага сухога тэрмометра, метад кандэнсацыі і гравіметрычны метад. З'яўляючыся эталоннымі метадамі для вызначэння вільготнасці дымавых газаў, гэтыя тры метады могуць быць выкарыстаны для каліброўкі вымяральнікаў вільготнасці дымавых газаў. Акрамя таго, генератары вільготнасці могуць выпрацоўваць пастаянны вільготны газ пры пэўных умовах тэмпературы і ціску, а таксама могуць быць выкарыстаны для каліброўкі вымяральнікаў вільготнасці дымавых газаў. З развіццём тэхналогій і ўсё большай увагай краіны да аховы навакольнага асяроддзя, у Кітаі ў цяперашні час існуюць чатыры асноўныя метады онлайн-вымярэння вільготнасці дымавых газаў пры высокай тэмпературы: метад упырску пастаяннага патоку (вільготна-сухі тэрмометр), метад рэзістарна-ёмістнага вымярэння, метад іённага патоку на аснове цырконія (абмежаванне току) і метад інфрачырвонай спектральнай абсорбцыі.
Уводзіны ў метады вымярэння вільготнасці дымавых газаў
>> Метад вільготна-сухога тэрмапластыка
Метад вымярэння вільготнага і сухога тэрмометраў вымярае адносную вільготнасць паветра на аснове эфекту розніцы паміж тэмпературамі вільготнага і сухога тэрмометраў. Малекулы вады выпараюцца з паверхні вільготнага тэрмометра ў вадзяную пару, якая павінна паглынаць схаваную цеплыню выпарэння. Бесперапыннае выпарэнне працягвае паглынаць цяпло з паверхні і астуджаць вільготны тэрмометр. Ступень астуджэння вызначаецца адноснай вільготнасцю навакольнага паветра, атмасферным ціскам і хуткасцю ветру. Калі атмасферны ціск і хуткасць ветру застаюцца пастаяннымі, чым вышэй адносная вільготнасць, тым ніжэй хуткасць выпарэння вады з паверхні вільготнага тэрмометра і тым меншая тэмпература паверхні вільготнага тэрмометра, якая з'яўляецца розніцай паміж тэмпературай вільготнага і тэмпературай сухога тэрмометраў; і наадварот, чым большая розніца паміж тэмпературамі вільготнага і сухога тэрмометраў. Адпаведна, вымераўшы розніцу паміж тэмпературамі вільготнага і сухога тэрмометраў і вызначаючы залежнасць паміж адноснай вільготнасцю і гэтай розніцай тэмператур, можна разлічыць адносную вільготнасць [2,3
>> Прынцып вымярэння вільготнасці метадам вільготна-сухога тэрмометра
Згодна з прынцыпамі цепла- і вільгацеперадачы, калі дасягаецца цеплавая і вільгацевая раўнавага, колькасць цеплаперадачы Q1 ад паветра да вільготнага тэрмометра роўная схаванай цеплыні Q2, неабходнай для выпарэння вільгаці з марлі, гэта значыць: Q1 = Q2 (1)
На аснове прынцыпу цеплаперадачы: Q1=α（t-tw）F (2)
У формуле: α — каэфіцыент цеплаабмену паміж паветрам і паверхняй вады па вільготным тэрмометры, Вт/м2·℃; t — тэмпература па сухому тэрмометры, °C; tw — тэмпература па вільготным тэрмометры, °C; F — плошча паверхні па вільготным тэрмометры, м².
Згодна з прынцыпам пераносу вільгаці і законам выпарэння Дальтана, маса выпаранай вады прама прапарцыйная дэфіцыту насычэння парай навакольнага паветра і плошчы выпарэння і адваротна прапарцыйная атмасфернаму ціску ў гэты момант. Такім чынам, хуткасць абмену вільгаццю[4] можна выразіць як:
У формуле: W — хуткасць вільгацяабмену вільгаці, кг/с; r — схаваная цеплыня выпарэння, Дж/кг; β — каэфіцыент вільгацяабмену, кг/(м²·с·Па); F — плошча паверхні вільготнага тэрмометра, м²; B — фактычны атмасферны ціск, Па; P´q,b — парцыяльны ціск насычанай вадзяной пары пры тэмпературы вільготнага тэрмометра, Па; Pq — парцыяльны ціск вадзяной пары ў паветры, Па.
Атрымана з формул (1), (2) і (3):
У формуле: каэфіцыент псіхрометра
Такім чынам, адносная вільготнасць складае:
Метад вільготна-сухога тэрмометра, які выкарыстоўваецца для маніторынгу дымавых газаў з крыніц забруджвання, звычайна выкарыстоўвае дзве аднолькавыя тэрмапары ў якасці датчыкаў тэмпературы: адзін для вымярэння тэмпературы па сухім тэрмометры, а другі — па вільготным тэрмометры. Датчык тэмпературы па сухім тэрмометры размешчаны ў асноўным патоку дымавых газаў, а датчык тэмпературы па вільготным тэрмометры абгорнуты баваўнянай марляй, падлучанай да ёмістасці з вадой. Вільготны тэрмометр і навакольны дымавы газ разглядаюцца як адзіная сістэма без уліку радыяцыйнай цеплаправоднасці. Аўтаматычная прылада для вымярэння ўтрымання вільгаці, заснаваная на прынцыпе сухога-вільготнага тэрмометра, выкарыстоўвае мікрапрацэсар для кіравання датчыкамі, якія вымяраюць і збіраюць такія параметры, як тэмпература паверхні вільготнага і сухога тэрмометраў, а таксама ціск на паверхні вільготнага тэрмометра і статычны ціск выхлапных газаў. Яна атрымлівае ціск насычанай вадзяной пары пры тэмпературы паверхні вільготнага тэрмометра і ў спалучэнні з уваходным атмасферным ціскам аўтаматычна разлічвае ўтрыманне вільгаці ў дымавых газах па формуле.
1-Дым;
2. Сухі тэрмометр;
3. Тэрмометр з вільготным шарыкам;
4-ізаляваная трубка для адбору проб;
5 — вакуумметр;
6-Ратаметр;
7-Паветраны помпа
>> Метад пастаяннага патоку струменевай апрацоўкі
Метад пастаяннага патоку струменевай струі (па вільготна-сухім тэрмометры). Асноўны прынцып вымярэння вільготнасці па вільготна-сухім тэрмометры: датчык тэмпературы (5) вымярае тэмпературу дымавых газаў як тэмпературу сухога тэрмометра, а вымяральная ячэйка (3) запоўнена пэўнай колькасцю вады. Вада ў рэзервуары для вады (1) бесперапынна падаецца ў вымяральную ячэйку з дапамогай шлангавага помпы (2). Узровень вады ў вымяральнай ячэйцы кантралюецца датчыкам, а ціск у ячэйцы таксама выяўляецца датчыкам для забеспячэння дакладнасці вымярэнняў і кантролю вадкасці. Датчык тэмпературы (6) усталяваны ўнутры вымяральнай ячэйкі і павінен быць размешчаны ніжэй паверхні вады. Затым дымавыя газы бесперапынна струменева падаюцца з пастаяннай хуткасцю патоку непасрэдна над паверхняй вады ў вымяральнай ячэйцы, а вымераная тэмпература прымаецца за тэмпературу вільготнага тэрмометра (гл. малюнак 2). Зыходзячы з прынцыпаў цеплаперадачы і тэрмадынамікі, можна вывесці наступную матэматычную формулу:
У формуле
U — адносная вільготнасць, %;
etw — ціск насычанай вадзяной пары пры тэмпературы вільготнага тэрмометра;
et — ціск насычанай вадзяной пары пры тэмпературы сухога тэрмометра;
P — атмасферны ціск;
∆t — розніца тэмператур паміж сухім і вільготным тэрмометрамі;
А — пастаянная велічыня, звязаная са хуткасцю ветру.
Высокатэмпературны гігрометр Chang Ai з пастаянным патокам
Прыбор CI-PC39 кампаніі Chang Ai паспяхова ўжываецца ў працэсах вымярэння вільготнасці пры высокіх тэмпературах і вільготнасці, а таксама ў працэсах, звязаных з агрэсіўнымі і запыленымі газамі. У многіх прамысловых працэсах неабходна кантраляваць і кантраляваць вільготнасць тэхналагічнага газу, каб забяспечыць якасць прадукцыі, аптымізаваць энергаэфектыўнасць або дасягнуць мэтавых паказчыкаў па скарачэнні выкідаў. CI-PC39 - гэта тэхналагічны гігрометр, прызначаны для самых строгіх патрабаванняў прамысловага прымянення, у тым ліку для вымярэння вільготнасці ў агрэсіўных асяроддзях з устойлівасцю да карозіі (напрыклад, на заводах па спальванні адходаў, у сернай кіслаце, плавікавай кіслаце або царскай гарэлцы). Ён адрозніваецца дакладнымі і надзейнымі дадзенымі вымярэнняў, шырокім дыяпазонам адаптацыі да тэмператур, нізкай нагрузкай на тэхнічнае абслугоўванне і працяглым тэрмінам службы. Да яго недахопаў адносяцца высокая цана, вялікія памеры і неабходнасць рэгулярнага далівання вады.
Зыходзячы з прыведзенай вышэй матэматычнай формулы, мы можам выразна бачыць, што метад вымярэння вільготнасці ў дымавых газах з выкарыстаннем струменевай струі з выкарыстаннем пастаяннага току дасягаецца шляхам ускоснага вымярэння тэмпературы дымавых газаў. Яго тыповы прадукт паказаны на малюнку (3).
Тэхналогія вымярэння тэмпературы адносна развітая і надзейная. Нават у надзвычай цяжкіх умовах працы замену датчыкаў тэмпературы на месцы можна лёгка выканаць. Нягледзячы на тое, што метад пастаяннага струменя з'яўляецца прынцыпам працы вільготна-сухога тэрмометра, ён не падобны на гігрометры, якія звычайна выкарыстоўваюцца на рынку метэаралагічнымі службамі для вымярэння адноснай вільготнасці паветра. Гэты гігрометр дасягнуў вышэйзгаданых вынікаў вымярэнняў дзякуючы зусім новай — нават рэвалюцыйнай — інавацыйнай канструкцыі.
Метад кандэнсацыі
Прынцып метаду кандэнсацыі заключаецца ў наступным: пэўны аб'ём адпрацаванага газу адсмоктваецца з дымахода і праходзіць праз кандэнсатар. Змест вільгаці ў адпрацаваным газе разлічваецца шляхам сумавання колькасці кандэнсаванай вады і колькасці вадзяной пары, якая змяшчаецца ў насычаным газе, які выходзіць з кандэнсатара.
● Кандэнсатар, гл. малюнак (1)
● Прылада для адбору проб дымавога пылу: яна складаецца з пробоадборніка дымавога пылу (з магчымасцю вымярэння tr, tv, Pr, Qrw, усталёўкі часу n і функцыі асушвання газу), трубкі для адбору проб і паветранага помпы.
>> Працэдуры выяўлення
● Падключыце кандэнсатар да трубы халоднай вады або змесціце яго непасрэдна ў ледзяную ваду, затым падключыце ўсю сістэму, як паказана на малюнку 2, і праверце ўсю сістэму на наяўнасць уцечак газу;
● Спосаб праверкі ўцечак газу: перакрыйце гумовую трубку паміж пробаадборнай трубкай і кандэнсатарам, а затым уключыце паветраны помпа. Калі адмоўны ціск, паказаны манометрам перад расходомерам, дасягне 6,6 кПа (50 мм рт.сл.), зачыніце гумовую трубку паміж расходомерам і паветраным помпай і спыніце адпампоўку. Калі паказчык манометра не падае больш чым на 0,2 кПа (1,5 мм рт.сл.) на працягу 1 хвіліны, сістэма герметычная.
Малюнак (2) Сістэма вымярэння і адбору проб вільготнасці
| Рэакцыя катоднага аднаўлення | O₂+2H₂O+4e-→4OH |
| Рэакцыя аноднага акіслення | 4OH-→O₂+2H₂O+4e |
Як відаць з прыведзеных вышэй ураўненняў рэакцыі электродаў, няма спажывання электралітычнай ячэйкі або электродаў. Такім чынам, карыстальнікам не трэба замяняць электроды або электралітычную ячэйку падчас працы; ім трэба толькі перыядычна папаўняць дыстыляваную ваду і электраліт (электраліт памяншаецца з-за натуральнага выпарэння). Гэта адрозніваецца ад вышэйзгаданых кіслародных датчыкаў у паліўных элементах, якія звычайна трэба замяняць кожныя 1-2 гады.
Пры выкарыстанні кіслародных датчыкаў на аснове шчолачных паліўных элементаў падкрэсліваецца, што іх нельга выкарыстоўваць у выпадках, калі вымяраны газ утрымлівае кіслыя кампаненты. Электралітычны кіслародны датчык Delta F у якасці электраліта выкарыстоўвае шчолачны раствор KOH. Каб пераадолець перашкоды, выкліканыя кіслымі газамі, і прадухіліць карозію электродаў, унутры датчыка распрацавана пара дапаможных электродаў Stab-EL. Функцыя гэтых дапаможных электродаў заключаецца ў выдаленні гэтых шкодных газаў пасля таго, як проба газу, якая змяшчае кіслыя газы, паступае ў электралітычную ячэйку, тым самым прадухіляючы пашкоджанне датчыка і забяспечваючы дакладнасць паказанняў аналізатара.
Малюнак 6-4 Схематычная дыяграма кіслароднага датчыка Delta F trace
