книги из ГПНТБ / Авдеева А.А. Контроль топлива на электростанциях

тельствующие о наличии значительных количеств оста­

при относительно простом составе газообразных угле­ водородов.

Из изложенного следует, что оценка химической не­ полноты горения только по присутствию в продуктах го­ рения окиси углерода является недопустимой, так как наличие в продуктах горения даже небольшой доли ме­ тана приводит к значительным ошибкам в определении величины qz- Например, содержание в продуктах горения 0,1% окиси углерода влечет за собой потерю тепла с хи­ мической неполнотой горения, равную примерно 0,3— 0,35%, а содержание в продуктах-горения 0,1% метана соответствует потере тепла с'химической неполнотой го­ рения примерно 1%- Отсутствие строгой зависимости между содержанием в продуктах горения СО и Н 2 не позволяет пользоваться их расчетными соотношениями. Таким образом, в задачу анализа должно входить опре­ деление полного состава продуктов горения с применени­ ем аппаратуры, способной такой анализ обеспечить.

В последние годы наметилась тенденция к сжиганию газового и жидкого топлива с малыми избытками возду­ ха. При этом потери тепла с химической неполнотой го­ рения не должны превышать 0,5%. Контроль за поддер­ жанием таких низких избытков воздуха предъявляет жесткие требования к чувствительности и точности опре­ деления входящих в состав продуктов горения компонен­ тов, в первую очередь кислорода, окиси углерода, водо* рода и метана.

При работе топочной камеры с коэффициентом избыт­ ка воздуха, близким к единице (<х=1,01-—1,03), допусти­ мая абсолютная погрешность в определении а составля­

на должна быть измерена с погрешностью, не превы­ шающей 8^ = 0,01%.

Эти требования в свою очередь определяют и порого­ вую чувствительность в определении кислорода, которая должна быть не меньше 0,01% (объемн.).

Требования к чувствительности и точности определе­ ния горючих компонентов предъявляются еще более жесткие. Дл я того чтобы обеспечить определение потери

Газоанализаторы ВТИ-2 применяют обычно для ана­

ных углеводородов, кроме метана, присутствует еще и этан, можно раздельно определять СЬЦ и С2 Н6 . Если же газ содержит и другие углеводороды метанового ряда, то раздельное их определение на газоанализаторах типа

и той же пробы в объемных процентах). Что же касается Н2 и С Н 4 , определяемых в этих приборах методом сжига­ ния, то получаемая точность анализа не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к анализу продуктов горе­ ния. Расхождения между параллельными анализами по водороду и метану достигают 0,5% (объемн.), что за­ частую находится в пределах определяемых концентра­ ций. Кроме того, серьезным недостатком газоанализато­ ров ВТИ-2 является их способность обнаруживать горю­ чие компоненты в . пробе, в которой они заведомо отсутствуют, в количестве, находящемся в пределах точ­ ности определения этих компонентов [Л. 33].

Определение малых концентраций СО также связано со значительными ошибками, возникающими из-за того, что щелочной раствор пирогаллола, применяемый в этих газоанализаторах для поглощения 02 , может выделять СО, и это завышает истинное содержание СО в пробе. Время, затрачиваемое на анализ одной пробы на газо­ анализаторе ВТИ, составляет 2,5—3 ч.

Наиболее перспективным методом для определения состава продуктов горения и газового топлива является газовая хроматография, которая в настоящее время является основным методом анализа сложных газовых смесей.

Трудно назвать теперь область науки или промыш­ ленности, где хроматографический метод не находил бы то или иное применение. Об этом свидетельствует хо­ тя бы такой факт, что число публикаций, посвященных газовой хроматографии, достигает 2 тысяч в год.

Быстрое развитие метода объясняется его исключи­ тельно широкими возможностями. Высокая чувствитель-

ность и точность определения, сравнительная простота и доступность аппаратуры делают газовую хроматогра­ фию во многих случаях совершенно незаменимой для разделения и анализа сложных смесей.

Газовая хроматография выгодно отличается от других методов газового анализа по простоте и быстроте обработки сигнала. Так как процесс анализа этим методом поддается автоматизации, а продол­ жительность его во многих случаях измеряется лишь несколькими минутами, газовая хроматография уже сейчас применяется для кон­ троля и автоматического управления различными технологическими процессами. Важным достоинством хроматографии является ее уни­ версальность. Хроматографические методы анализа могут быть при­ менены для всех газов и для таких веществ, которые могут быть превращены -в летучие продукты. Благодаря наличию большого раз­ нообразия в выборе неподвижной фазы, а также возможности широ­ кого изменения других параметров опыта (размеров разделительной колонки, скорости потока газа-носителя, температуры и др.) хрома­ тографические методы отличаются гибкостью и их легко приспосаб­ ливать для решения различных конкретных задач.

Для определения в продуктах неполного горения го­ рючих компонентов (водорода, окиси углерода и мета­ на) газовую хроматографию начали применять сравни­ тельно недавно [Л. 33, 34], однако интерес к этому мето­ ду со стороны энергетиков непрерывно возрастает, и в настоящее время хроматографические методы внедря­ ются в научно-исследовательских институтах и на многих электростанциях.

Работы по внедрению хроматографии в энергетику послужили толчком к расширению и углублению иссле­ дований в области сжигания газового и жидкого топ­ лива.

Возможность внедрения режимов сжигания серни­ стых мазутов с малыми избытками воздуха, позволяю­ щих резко снизить интенсивность сернокислотной корро­ зии и загрязнения поверхностей нагрева, во многом обя­ зана появлению нового метода контроля полноты горе­ ния. Методы хроматографии дают возможность исследо­ вать не только конечный результат процесса горения — полноту горения, но и изучить сам процесс горения — смесеобразование, воспламенение и отдельные стадии горения — путем снятия концентрационных полей в раз­ личных сечениях горелки, факела и топочного объема. Внимание, которым пользуется газовая хроматография среди исследователей и эксплуатационников, свидетель­ ствует о больших возможностях этого метода.

296

ВОЛЮМОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА

талитического окисления компонентов анализируемой смеси газов.

При использовании для анализа избирательной аб­ сорбции газовую смесь приводят в соприкосновение с каким-либо реактивом, который избирательно взаимо­ действует только с одним компонентом смеси (или груп­ пой однородных компонентов). Реактивы, применяемые для-этой цели, обычно применяют в виде растворов. Определяемая составная часть газовой смеси, приходя в соприкосновение с таким реактивом, вступает во взаи­ модействие с ним, продукт реакции в большинстве слу­ чаев остается в растворе, а объем смеси уменьшается на величину объема прореагировавшего компонента.

Например, для определения СОг используют раствор едкого кали; при этом происходит реакция

С 0 2 + 2 К О Н = К2СО3+ Н 2 0 .

При использовании метода сожжения горючие газы сжигают на поверхности легковосстанавливаемых окис­ лов металлов либо в объеме при добавлении к смеси окислителя (кислорода или воздуха). Следует иметь в виду, что объем определяемой составной части не всегда равен уменьшению объема газовой смеси после реакции; он вычисляется на основании реакций горения.

С помощью волюмометрических газоанализаторов можно определять содержание следующих компонентов: двуокиси углерода совместно с сероводородом, дву­ окисью серы и другими кислыми газами; суммы «тяже­ лых углеводородов», под которыми подразумевают непре­ дельные углеводороды ряда СпНги, а также пары неко­ торых ароматических углеводородов; кислорода; окиси углерода; водорода; суммы предельных углеводородов; азота (совместно с аргоном и другими одноатомными газами).

и соединяют тонкой резиновой трубочкой с сосудом 6. Сосуд 7 является гидрозатвором, предохраняющим раст­ вор пирогаллола от соприкосновения с воздухом. Осво­ бодившийся отросток гребенки используют как воздуш­ ник для сброса газа из бюретки в атмосферу.

Рис. 14-1. Схема газоанализатора Орса.

газа (положение / / / ) .

Прежде чем начать анализ, следует довести уровни жидкостей в поглотительных сосудах до меток, находя­ щихся на капиллярах под кранами. Для этой цели по­ глотительный сосуд, в котором требуется поднять уро­ вень раствора, поворотом соответствующего крана (при закрытых остальных кранах) соединяют с измеритель­ ной бюреткой. Опусканием напорного сосуда в бюретке создается разрежение, в результате чего уровень жидко­ сти в поглотительном сосуде начинает подниматься; та­ ким образом, уровень медленно доводят до метки, после

и, поднимая напорный сосуд, доводят уровень запираю­ щей жидкости до метки, имеющейся на верхней части бюретки /.

да, водорода, суммы метана и других предельных угле­ водородов.

верхности гранулированной окиси меди; азот определя­ ется как остаточный член.

На рис. 14-2 представлена схема газоанализатора ВТИ-2. Поглотительная часть прибора состоит из шести поглотительных сосудов /—6 с кранами. Измерительная

Рис. 14-2. Схема газоанализатора ВТИ-2.

бюретка 7, помещенная в залитый водой сосуд 8, состо­ ит из двух градуированных вертикальных трубок. Пра­ вая трубка объемом 21 см3 имеет цену деления 0,05 см3

и градуирована по всей длине, Левая трубка объемом

80 см3 тремя пережимами разделена на четыре равные части по 20 см3 каждая. Отметки 20, 40, 60 и 80 см3 нанесены на цилиндрические пережимы. Вверх и вниз от этих отметок имеется еще по четыре отметки с ценой де­ ления 0,05 см3.

В аппарате предусмотрено компенсационное устрой­ ство, позволяющее устранить влияние изменения дав­ ления и температуры окружающей среды на измеряе­ мые объемы. Компенсатор состоит из U-образного жид­ костного манометра 27, расположенного слева от изме­ рительной бюретки, и тонкостенного сосуда в виде трубки с запаянным концом 28, помещенного в общую водяную рубашку с измерительной бюреткой.

Дожигательная часть прибора состоит из трубки 25 (петли), заполненной гранулированной окисью меди, и электрической лечи 26, при помощи которой осуществля­ ется нагрев петли до нужной температуры. Печь получа­

ртутным термометром при сжигании водорода и термо­ электрическим пирометром при сжигании предельных углеводородов.

Расположение поглотительных сосудов должно соот­ ветствовать порядку определения отдельных компонен­ тов газа. Первый поглотительный сосуд (счет ведется от измерительной бюретки) заполняют раствором едкого ка­ ли, который поглощает двуокись углерода и другие ки­ слые газы (сероводород, сернистый ангидрид и др.). Вто­ рой сосуд заполняют бромной водой; он предназначен для поглощения непредельных углеводородов. Для за­ щиты экспериментатора от действия паров брома сво­ бодное отверстие второго поглотительного сосуда закры­ вают предохранительной трубкой с шарообразным рас­ ширением, которую заполняют аскаритом и закрывают с обеих сторон пробочками из ваты. Когда аскарит под влиянием паров брома изменит свой цвет, его заменяют. Заполнение поглотительного сосуда бромной водой про­ изводят под тягой (в вытяжном шкафу). Трзтий сосуд заполняют щелочным раствором пирогаллола для по­ глощения 02 . Свободный конец сосуда соединяют с ги­ дравлическим затвором, чтобы предотвратить попадание в раствор кислорода из воздуха. Четвертый сосуд пред­ назначен для поглощения СО, и его заполняют суспен-