При существующих в химической промышленности технологиях переработки сырья наряду с полезными конечными продуктами образуются и отходы производства в виде экологически вредных газов, жидкостей и пыли. Одним из самых эффективных способов обезвреживания промышленных отходов является термический (огневой) метод. Практически на всех крупных химических предприятиях имеются установки по сжиганию отходов. Поэтому проблема их оптимального управления относится к числу актуальных.
Одна из важнейших задач оптимального управления состоит в организации выходного контроля топливо-сжигающих установок (ТСУ). К основным выходным параметрам относят, прежде всего, концентрацию кислорода в дымовых газах как показатель правильного соотношения топливо-воздух. Важен также контроль экологически опасных газовых компонентов, таких как, оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), оксид азота (NO), диоксид серы (SO2) и другие.
Создано большое число анализаторов кислорода и других газовых компонентов.
Наибольшее распространение для непрерывного измерения концентрации кислорода в дымовых газах получили датчики и анализаторы на основе оксида циркония. Так компания Ametek (США) разработала серию анализаторов кислорода Thermox, которые выпускаются в трех основных исполнениях: WDG-Insitu (анализаторы зондового типа, устанавливаемые непосредственно в технологическом потоке), WDG-HPII (анализаторы для сильно загрязненных газов), WDG-IV (анализаторы с быстрым откликом с принудительным отбором пробы). Датчики этих анализаторов могут работать при температуре до 1000 ºC. Разработкой анализаторов на основе оксида циркония занимаются и другие компании, такие как Rosemount Analytical (США).
Одной из последних разработок фирмы Rosemount Analytical является анализаторы кислорода Oxymitter 4000 (рис.1), устанавливающиеся непосредственно в технологический процесс (in situ). В компактном корпусе анализатора объединены кислородный сенсор (зонд) и комплект электроники в полевом исполнении. Зонд вставляется непосредственно в трубу с топочным газом для измерения содержания кислорода в продуктах сгорания. Датчик работает при температуре процесса до 700 ºC (с дополнительным оборудованием до 1300 ºC), выпускается длиной от 457 мм до 3,66 м. диапазоны измерения кислорода 0 - 10% или 0 - 25% (выбирается через интерфейс HART), точность ±2% от показаний или ±0,1% O2.
Фирма SICK также на основе диоксида циркония разработала электрохимические твердоэлектролитные кислородомеры LU2. Датчик кислорода представляет собой электрохимическую ячейку с твердым электролитом трубчатой формы из спеченного диоксида циркония. На внешнюю и внутреннюю поверхность этого элемента в качестве электродов нанесено пористое покрытие, проницаемое для электронов (основа - драгоценные металлы, например, платина). Кристаллическая решетка твердого диоксида циркония с добавлением оксида иттрия имеет кислородные вакансии. Это обеспечивает кислородоионную проводимость, возрастающую с повышением температуры. При подаче постоянной разности потенциалов в трубчатой электрохимической ячейке из диоксида циркония возникает постоянный ток, пропорциональный концентрации кислорода в исследуемом газе. Сигнал по току также зависит от температуры твердоэлектролитной ячейки.
При установке вне помещения анализатор кислорода и узел прокачки могут располагаться в едином корпусе. Концентрация кислорода измеряется анализатором в непрерывном режиме с помощью зонда, устанавливаемого в месте отбора пробы. Расход отбираемой пробы 0,5 л/час. Твердоэлектролитный датчик генерирует сигнал, пропорциональный концентрации кислорода. Этот сигнал обрабатывается в анализаторе и преобразуется в аналоговый выходной сигнал. Температура дымовых газов составляет до 700 ºC в стандартном исполнении и до 1700 ºC с керамическим зондом, точность ±0,1% O2, быстродействие менее 15с в стандартном исполнении.
Концентрация оксида углерода CO (угарный газ) - надежный и точный показатель стехиометрии воздуха и топлива в печи, а также полноты сгорания топлива. Для контроля концентрации угарного газа в дымовых газах компания Rosemount Analytical создала анализаторы CO модели 5100, в которых используется инфракрасная абсорбционная спектроскопия. Подобные анализаторы модели ГИАМ созданы также ОАО "Аналитприбор" (г. Смоленск).
Кроме анализаторов, предназначенных для измерения концентрации одного определенного компонента в смеси отходящих газов, выпускаются также многокомпонентные анализаторы на CO, CO2, SO2, NO, O2.
ЗАО "ОПТЕК" (г. Воронеж) производит подобные анализаторы серии "Каскад 200" для контроля концентрации SO2, NO и O2. Температура анализируемой смеси до 800 ºC.
Таким образом, отечественные и зарубежные предприятия выпускают много анализаторов для контроля выходных параметров ТСУ с целью оптимизации их работы, снижения потерь топлива и минимизации вредных выбросов в окружающую среду.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Lewis C.R., Edwards R.E., Santora M.A. Incineration of industrial wastes// Chemical Engineering, 1976,V. 83, №2. p 115-121.
2. Горшков А.В. анализаторы кислорода в дымовых газах модели Thermox. Химическое и нефтегазовое машиностроение, №8, 1999.
Библиографическая ссылка
Сажин В.А. ВЫХОДНОЙ КОНТРОЛЬ ТОПЛИВО-СЖИГАЮЩИХ УСТАНОВОК // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 7. – С. 42-43;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3306 (дата обращения: 03.12.2024).