Теплотехнические измерения на газоходах котлоагрегатов с большой площадью поперечного сечения

Теплотехнические измерения на газоходах котлоагрегатов с большой площадью поперечного сечения

К.т.н. В. И. Емельянчиков, г. Минск;

Ю.Ю. Елисеенко, аспирант, Гомельский государственный технический университет им. П. О. Сухого, г. Гомель, Республика Беларусь Измеряемыми величинами в продуктах сгорания органических видов топлива в энергетике являются концентрации отдельных компонентов, скорость (расход) газов, их температура, давление и влажность. При теплотехнических измерениях на газоходах с большой площадью поперечного сечения приходится принимать во внимание то, что в поперечном (измерительном) сечении поля измеряемых величин неравномерны. Причины этого — повороты, сужения газоходов, поступающие во входную часть магистрального газохода газовые потоки с различными значениями упомянутых величин, присосы воздуха. Аналогичная ситуация и в конвективном газоходе котлоагрегатов.

В Российской Федерации существуют определенные процедуры организации подобных измерений. Так, порядок определения средних по измерительному сечению скорости газового потока и концентраций загрязняющих веществ, коэффициентов неравномерности поля скорости и концентраций установлен в [1] и [2]. Организация газоаналитических измерений на котельных установках с применением усредняющих зондов приведена в [3]. Температура, давление и влажность газов измеряются в трех точках сечения.

Измерения с определением характеристик измерительного сечения (средние значения величин по сечению, коэффициенты неравномерности поля измеряемых величин) согласно упомянутым источникам уже много лет выполняются в конвективном и других газоходах котлоагрегатов. При этом местом размещения контрольной точки могут быть центр измерительного сечения, или зона размещения заборного отверстия пробоотборного зонда, или чувствительная часть беспробоотборного газоанализатора, расходомера. Кроме того, в [4] для продуктов сгорания в дымовых трубах посредством моделирования рассмотрены поля концентраций загрязняющих веществ и скорости газов, а также их коэффициенты неравномерности поля.

Упомянутые измерения получили широкое распространение в связи с проведением экологического мониторинга промышленных выбросов в атмосферу. Они необходимы также для определения величины присосов воздуха в газовый тракт, потерь тепла с уходящими газами. К сожалению, измерения являются достаточно трудоемкими. Измерения по [1] и [2] на дымовых трубах на отметках 100−150 м при диаметре трубы в месте измерений 5−10 м еще более трудоемки, чем измерения в конвективном газоходе.

В технических нормативных правовых актах [5] и [6] Республики Беларусь нет требований к проведению таких измерений. Соответственно, никто их в Беларуси и не проводит. Несмотря на то, что в последние четыре года результаты этих измерений должны были использоваться при метрологической аттестации автоматизированных систем контроля (АСК) выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и в инструментальных измерениях переносными средствами измерения при экологическом мониторинге.

Это нужно для выполнения измерений выбросов газообразных загрязняющих веществ с относительной погрешностью не более ±20%. Все это существенно снижает качество внедряемых в Республике Беларусь АСК выбросов, а некоторые из данных систем окажутся бесполезными из-за несоответствия требуемой точности измерений выбросов загрязняющих веществ.

В случае применения измерений, регламентированных [1] и [2], существует необходимость уменьшить их трудоемкость. В статьях [7] и [8] рассмотрено устройство, предназначенное для измерения концентраций загрязняющих веществ в газоходах с большим поперечным сечением. В данной статье предлагаются разработанные нами устройства, которые существенно уменьшают трудоемкость упомянутых теплотехнических измерений. Все величины измеряются одновременно в одних и тех же точках сечения. Простейшие устройства, работающие в уходящих газах с температурой 100−170 ОС (в том числе и на дымовых трубах), показаны на рис. 1 и 2. Устройства перед измерениями устанавливают в дымовую трубу или в газоход таким образом, чтобы полоса (рис. 1) или тросы (рис. 2) проходили по диаметру их поперечного сечения.

измеряемый величина сечение топливо.

Полосу и тросы сильно натягивают, что препятствует раскачиванию находящихся на них кареток с датчиками. Этим обеспечивается стабилизация датчиков в потоке. Полоса и каретки расположены так, чтобы их боковые поверхности находились вдоль потока. Данная конструкция не вызывает завихрений в газовом потоке.

На каретке одновременно могут быть закреплены: эластичная трубка отбора проб газовых смесей, датчики скорости газов (термоанемометр, крыльчатка, трубка НИИОГАЗ), температуры (термопара или термометр сопротивления), влажности. Для получения сигнала по давлению газов используется канал измерения статического давления трубки НИИОГАЗ. Выбор типа датчиков делается с учетом скорости и температуры газов. Устройства могут применяться также на газоходах с поперечным сечением, имеющим форму прямоугольника. В случае невозможности закрепления нижней части устройства на стене газохода при его вертикальном расположении оно может быть смонтировано на штанге.

Пользуются устройством следующим образом. С помощью приводного троса с метками каретку устанавливают в первую точку [2] и фиксируют ее положение натяжением этого троса в две противоположные стороны. Выполняют измерения, например, величин [С1 (CCO, CNO2, CSO2, CСO2, CO2), V1, T1, P1, Вл1], применяя соответствующие переносные или стационарные средства измерений. При этом выполняют измерения и в контрольной точке [1]. Проводят три серии измерений. Перемещают каретку во вторую точку и повторяют измерения. И так для всех остальных точек. С помощью калькулятора рассчитывают средние значения измеряемых величин для каждой точки, средние значения измеряемых величин по измерительному сечению [Сср, Vср, Tср, Рср, Влср], коэффициенты неравномерности поля концентраций и скорости. Вычисляют погрешности измерений средних значений, величину массовых выбросов загрязняющих веществ и ее погрешность. Измерения выполняют для основных режимов работы котлоагрегатов (50, 75, 100% нагрузки). При этом трудоемкость измерений существенно уменьшается за счет механизации процесса измерения.

Устройство применяют периодически:

¦при определении характеристик измерительного сечения для характерных режимов работы котлоагрегатов или технологических установок на этапе пусконаладочных работ АСК выбросов;

¦при метрологической аттестации АСК выбросов;

¦при обязательных регулярных метрологических работах по АСК выбросов с интервалом в 6 мес.;

¦при контроле выбросов загрязняющих веществ на магистральных газоходах с помощью инструментальных измерений переносными средствами измерения и т. д.

При применении данных устройств следует различать два случая:

¦количество газовых потоков на входе в магистральный газоход — не более двух;

¦количество газовых потоков на входе в магистральный газоход — три и более.

В первом случае погрешность от неравномерности поля скорости и поля концентраций можно уменьшить, уточнив результат измерения с помощью коэффициентов неравномерности поля. Во втором случае из-за большого числа сочетаний потоков с различными концентрациями и скоростями придется ограничиваться только определением величины погрешности от неравномерности поля скорости и поля концентраций.

К настоящему времени на упомянутое в статье устройство получен патент на полезную модель «Устройство для измерения поля концентрации и поля скорости потоков отходящих газов» BY № 9425 2013.08.30 G01N/1/22.

• 1. РД 153−34.1−11.353−2001. Методика выполнения измерений массовых выбросов загрязняющих веществ от котельных установок с применением газоанализаторов с электрохимическими датчиками.
• 2. ГОСТ 17.2.4.06−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.
• 3. СО 34.02.320−2003. Методические указания «Организация контроля газового состава продуктов сгорания стационарных паровых и водогрейных котлов».
• 4. Росляков П. В. и др. Исследование полей скоростей и концентраций продуктов сгорания в дымовой трубе ТЭС // Теплоэнергетика. 2006. № 5.
• 5. МВИ. МН 1003−2007. Методика выполнения измерений концентраций и выбросов загрязняющих веществ, скорости газов, температуры, влажности, давления электронными переносными приборами.
• 6. ТКП 17.13−01−2008 (2 120). Правила проектирования и эксплуатации автоматизированных систем контроля за выбросами загрязняющих веществ и парниковых газов в атмосферный воздух. Минск: Минприроды.
• 7. Емельянчиков В. Газоаналитические измерения: от точки отбора проб газовых смесей к измерительному сечению // Энергетика и ТЭК. 2012. № 5.
• 8. Емельянчиков В. Автоматизированная система контроля выбросов вредных веществ в атмосферу для дымовых труб ТЭЦ и котельных // Энергетика и ТЭК. 2011. № 7/8.