फ्लू गैस में नमी (आर्द्रता) की ऑनलाइन निगरानी तकनीक के अनुप्रयोग

>> गीले-सूखे बल्ब विधि

गीले और शुष्क बल्ब विधि गीले बल्ब और शुष्क बल्ब तापमान के अंतर के प्रभाव के आधार पर हवा की सापेक्ष आर्द्रता को मापती है। गीले बल्ब की सतह से जल के अणु वाष्पीकृत होकर जल वाष्प बन जाते हैं, जिन्हें वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा को अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। निरंतर वाष्पीकरण सतह से ऊष्मा को अवशोषित करता रहता है और गीले बल्ब को ठंडा करता है। शीतलन की मात्रा आसपास की हवा की सापेक्ष आर्द्रता, वायुमंडलीय दबाव और हवा की गति द्वारा निर्धारित होती है। यदि वायुमंडलीय दबाव और हवा की गति स्थिर रहती है, तो सापेक्ष आर्द्रता जितनी अधिक होगी, गीले बल्ब की सतह से जल वाष्पीकरण की दर उतनी ही कम होगी, और गीले बल्ब की सतह का तापमान उतना ही कम होगा, जो गीले बल्ब के तापमान और शुष्क बल्ब के तापमान का अंतर है; इसके विपरीत, गीले बल्ब और शुष्क बल्ब के तापमान के बीच का अंतर जितना अधिक होगा, सापेक्ष आर्द्रता उतनी ही कम होगी। तदनुसार, गीले बल्ब और शुष्क बल्ब के तापमान के बीच के अंतर को मापकर और सापेक्ष आर्द्रता और इस तापमान अंतर के बीच संबंध निर्धारित करके, सापेक्ष आर्द्रता की गणना की जा सकती है।2,3

>> गीले-सूखे बल्ब विधि द्वारा आर्द्रता मापन का सिद्धांत

ऊष्मा और नमी स्थानांतरण के सिद्धांतों के अनुसार, जब ऊष्मीय और नमी संतुलन प्राप्त हो जाता है, तो हवा से गीले बल्ब में ऊष्मा स्थानांतरण की मात्रा Q1, जाली से नमी के वाष्पीकरण के लिए आवश्यक गुप्त ऊष्मा Q2 के बराबर होती है, अर्थात्: Q1 = Q2 (1)

ऊष्मा स्थानांतरण सिद्धांत के आधार पर: Q1=α（t-tw）F (2)

सूत्र में: α वायु और जल सतह के बीच ऊष्मा विनिमय गुणांक है (वेट-बल्ब, W/m2 ·℃); t शुष्क बल्ब तापमान है (°C); tw वेट-बल्ब तापमान है (°C); F वेट-बल्ब सतह क्षेत्र है (m²)।

नमी स्थानांतरण सिद्धांत और डाल्टन के वाष्पीकरण नियम के अनुसार, वाष्पीकृत जल का द्रव्यमान आसपास की हवा की वाष्प संतृप्ति कमी और वाष्पीकरण क्षेत्र के सीधे समानुपाती होता है, और उस समय के वायुमंडलीय दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए, नमी विनिमय दर[4] को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

सूत्र में: W नमी विनिमय दर है, kg/s; r वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा है, J/kg; β नमी विनिमय गुणांक है, kg/(m²·s·Pa); F आर्द्र बल्ब का पृष्ठीय क्षेत्रफल है, m²; B वास्तविक वायुमंडलीय दाब है, Pa; P´q,b आर्द्र बल्ब तापमान पर संतृप्त जल वाष्प का आंशिक दाब है, Pa; Pq वायु में जल वाष्प का आंशिक दाब है, Pa।

सूत्र (1), (2) और (3) से व्युत्पन्न:

सूत्र में: साइक्रोमीटर गुणांक इंजीनियरिंग मापन में, A को वायुमंडलीय दबाव और आर्द्र बल्ब पर से गुजरने वाली हवा की गति पर आधारित तालिका से प्राप्त किया जा सकता है, या इसे अनुभवजन्य सूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है: P वायुमंडलीय दाब है, किलोपैला में; t शुष्क बल्ब का तापमान है, डिग्री सेल्सियस में; tw गीले बल्ब का तापमान है, डिग्री सेल्सियस में।

अतः, सापेक्ष आर्द्रता इस प्रकार है:

प्रदूषण स्रोतों से निकलने वाली द्रव गैस की निगरानी के लिए उपयोग की जाने वाली वेट-ड्राई बल्ब विधि में आमतौर पर तापमान मापने के लिए दो समान थर्मोकपल का उपयोग किया जाता है, एक ड्राई-बल्ब तापमान मापने के लिए और दूसरा वेट-बल्ब तापमान मापने के लिए। ड्राई-बल्ब तापमान मापने वाला सेंसर मुख्य द्रव गैस प्रवाह के भीतर स्थित होता है, जबकि वेट-बल्ब तापमान मापने वाला सेंसर सूती जाली से लिपटा होता है और एक जल पात्र से जुड़ा होता है। वेट-बल्ब और आसपास की द्रव गैस को एक ही प्रणाली माना जाता है, जिसमें विकिरण ऊष्मा चालन पर कोई विचार नहीं किया जाता है। ड्राई-वेट बल्ब सिद्धांत पर आधारित एक स्वचालित नमी मापन उपकरण, वेट-बल्ब और ड्राई-बल्ब की सतह के तापमान, साथ ही वेट-बल्ब की सतह पर दबाव और निकास स्थिर दबाव जैसे मापदंडों को मापने और एकत्र करने वाले सेंसर को नियंत्रित करने के लिए एक माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग करता है। यह वेट-बल्ब की सतह के तापमान पर संतृप्त जल वाष्प दबाव ज्ञात करता है और इनपुट वायुमंडलीय दबाव के साथ मिलाकर, सूत्र का उपयोग करके द्रव गैस की नमी की मात्रा की गणना स्वचालित रूप से करता है।

1- फ्लू;

2- ड्राई-बल्ब थर्मामीटर;

3- वेट-बल्ब थर्मामीटर;

4- असंलग्न नमूना ट्यूब;

5- वैक्यूम प्रेशर गेज;

6-रोटामीटर;

7- एयर सक्शन पंप

>> निरंतर प्रवाह जेटिंग विधि

स्थिर प्रवाह जेटिंग विधि (गीला-शुष्क बल्ब)। गीले-शुष्क बल्ब आर्द्रता मापन का मूल सिद्धांत: एक तापमान सेंसर (5) द्रव गैस के तापमान को शुष्क बल्ब तापमान के रूप में मापता है, और एक मापन कक्ष (3) में एक निश्चित मात्रा में पानी भरा होता है। जल टैंक (1) में मौजूद पानी को एक नली पंप (2) द्वारा निरंतर मापन कक्ष में पहुँचाया जाता है। मापन कक्ष में जल स्तर की निगरानी एक सेंसर द्वारा की जाती है, और मापन सटीकता सुनिश्चित करने और तरल की निगरानी के लिए कक्ष के भीतर के दबाव का भी पता एक सेंसर द्वारा लगाया जाता है। एक तापमान सेंसर (6) मापन कक्ष के अंदर स्थापित होता है और इसे जल की सतह के नीचे स्थित होना आवश्यक है। फिर द्रव गैस को मापन कक्ष में जल की सतह के ठीक ऊपर एक स्थिर प्रवाह दर पर निरंतर जेट किया जाता है, और पता लगाए गए तापमान को गीला बल्ब तापमान माना जाता है (चित्र 2 देखें)। ऊष्मा स्थानांतरण और ऊष्मागतिकी के सिद्धांतों के आधार पर, निम्नलिखित गणितीय सूत्र निकाला जा सकता है:

सूत्र में

U—सापेक्ष आर्द्रता %;

etw—नम बल्ब तापमान पर संतृप्त जल वाष्प दाब;

et—शुष्क बल्ब तापमान पर संतृप्त जल वाष्प दाब;

P—वायुमंडलीय दाब;

∆t—शुष्क बल्ब और आर्द्र बल्ब के बीच तापमान का अंतर;

ए— हवा की गति से संबंधित स्थिरांक।

उपरोक्त गणितीय सूत्र के आधार पर, हम स्पष्ट रूप से देख सकते हैं कि द्रव गैस में आर्द्रता मापने की स्थिर-धारा जेटिंग विधि द्रव गैस के तापमान के अप्रत्यक्ष मापन के माध्यम से प्राप्त की जाती है। इसका प्रतिनिधि उत्पाद चित्र (3) में दिखाया गया है।

तापमान मापन तकनीक अपेक्षाकृत विकसित और विश्वसनीय है। अत्यधिक कठिन कार्य परिस्थितियों में भी, तापमान सेंसरों को साइट पर ही आसानी से बदला जा सकता है। हालांकि वेट-ड्राई बल्ब का कार्य सिद्धांत निरंतर प्रवाह जेटिंग विधि पर आधारित है, फिर भी यह मौसम विज्ञान विभागों द्वारा वायु की सापेक्ष आर्द्रता मापने के लिए आमतौर पर बाजार में उपयोग किए जाने वाले हाइग्रोमीटर से भिन्न है। इस हाइग्रोमीटर ने एक बिल्कुल नए—बल्कि क्रांतिकारी—नवीन डिजाइन के माध्यम से उपरोक्त मापन परिणाम प्राप्त किए हैं।

संघनन विधि

संघनन विधि का सिद्धांत इस प्रकार है: चिमनी से एक निश्चित मात्रा में निकास गैस निकाली जाती है और उसे संघनक से गुजारा जाता है। संघनक से निकलने वाली संतृप्त गैस में संघनित जल की मात्रा और जल वाष्प की मात्रा को जोड़कर निकास गैस में नमी की मात्रा की गणना की जाती है।

● कंडेंसर, चित्र (1) देखें

● फ्लू डस्ट सैंपलिंग डिवाइस: इसमें एक फ्लू डस्ट सैम्पलर (जो tr, tv, Pr, Qrw, टाइमिंग सेटिंग n और गैस ड्राइंग फंक्शन को मापने में सक्षम है), सैंपलिंग ट्यूब और एयर पंप शामिल हैं।

● कंडेंसर को ठंडे पानी के पाइप से जोड़ें या इसे सीधे बर्फ के पानी में रखें, फिर पूरे सिस्टम को चित्र 2 में दिखाए अनुसार जोड़ें और पूरे सिस्टम में गैस लीक की जांच करें;

● गैस रिसाव की जाँच विधि: सैंपलिंग ट्यूब और कंडेंसर के बीच रबर ट्यूब को बंद करें, फिर एयर पंप चालू करें। जब फ्लोमीटर से पहले प्रेशर गेज द्वारा दर्शाया गया ऋणात्मक दबाव 6.6 kPa (50 mmHg) तक पहुँच जाए, तो फ्लोमीटर और एयर पंप के बीच रबर ट्यूब को सील करें और पंपिंग बंद कर दें। यदि 1 मिनट के भीतर प्रेशर गेज का संकेतक 0.2 kPa (1.5 mmHg) से अधिक नहीं गिरता है, तो सिस्टम वायुरोधी है।

उपरोक्त इलेक्ट्रोड अभिक्रिया समीकरणों से स्पष्ट है कि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल या इलेक्ट्रोड की कोई खपत नहीं होती है। इसलिए, उपयोगकर्ताओं को संचालन के दौरान इलेक्ट्रोड या इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को बदलने की आवश्यकता नहीं होती है; उन्हें केवल समय-समय पर आसुत जल और इलेक्ट्रोलाइट की पुनःपूर्ति करनी होती है (प्राकृतिक वाष्पीकरण के कारण इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा कम हो जाती है)। यह उपर्युक्त ईंधन सेल ऑक्सीजन सेंसर से भिन्न है, जिन्हें आमतौर पर हर 1 से 2 वर्ष में बदलने की आवश्यकता होती है।

क्षारीय ईंधन सेल-प्रकार के ऑक्सीजन सेंसरों का परिचय देते समय, यह विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है कि इनका उपयोग उन अनुप्रयोगों में नहीं किया जाना चाहिए जहाँ मापी जाने वाली गैस में अम्लीय घटक मौजूद हों। डेल्टा एफ इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीजन सेंसर अपने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में क्षारीय KOH विलयन का उपयोग करता है। अम्लीय गैसों के कारण होने वाले अवरोध को दूर करने और इलेक्ट्रोड के क्षरण को रोकने के लिए, सेंसर के भीतर दो स्टैब-ईएल सहायक इलेक्ट्रोड डिज़ाइन किए गए हैं। इन सहायक इलेक्ट्रोडों का कार्य अम्लीय गैसों वाली नमूना गैस के इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में प्रवेश करने के बाद इन हानिकारक गैसों को हटाना है, जिससे सेंसर को क्षति से बचाया जा सके और विश्लेषक के मापों की सटीकता सुनिश्चित की जा सके।

चित्र 6-4 डेल्टा एफ ट्रेस ऑक्सीजन सेंसर का योजनाबद्ध आरेख