Экологические аспекты энергетики атмосферный воздух

дые 3 объема раствора добавляют 1 объем водного раствора аммиака плотностью 0,91 г/см^

Кроме СО поглотительный раствор поглощает также О,, СО^, С^Н^, тяжелые углеводороды. Поэтому эти компоненты перед определением СО должны быть удалены. Из-за возникновения ошибок, связанных с несовершенством метода, особенно при измерении малых концентраций СО, этот метод определения в настоящее время не может быть рекомендован.

При определении СО, Н^, СН^ в продуктах сгорания получил наибольшее распространение метод газовой хроматографии. Для определения компонентов продуктов сгорания выпускались хроматографы ХПГС, ХТ-4, ХТ-2М. Разработан газовый хроматограф «Газохром-3101». Действие прибора основано на принципе газоадсорбционной хроматографии при постоянной (комнатной) температуре насадочных колонок.

Для детектирования выходящих из колонок веществ в приборе используется комбинированный детектор, выполняющий детектирование горючих компонентов термохимическим способом и негорючих — способом теплопроводности. В приборе применена двухпоточная газовая схема с параллельным и последовательным включением колонок, заполненных различными сорбентами с разделенными вводами пробы в каждую колонку, позволяющими работать на двух различных газах-носителях; для горючих компонентов — на воздухе и для негорючих — на аргоне.

Компоненты анализируемого газа перемещаются по колонке с различной скоростью за счет различной сорбции. В результате они выходят из колонки разделенными один за другим в потоке газа-носите- ля — бинарные смеси.

Бинарные смеси, поступающие в детектор, вызывают изменение сопротивления чувствительных элементов, т. е. разбаланс мостовой схемы измерительного моста, который регистрируется электронным потенциометром или показывающим стрелочным прибором. Запись сигналов детектора на ленте потенциометра представляет собой хроматограмму, причем каждому компоненту смеси соответствует определенный пик.

Для автоматического определения содержания оксида углерода предложены оптико-акустические газоанализаторы серии ГИАМ, дей-

ствие которых основано на измерении инфракрасной радиации аналиveMoro газа. По области применения к методу измерения аналогичными ГИАМ является серия оптико-акустических газоанализаторов (ГМК-3; ОА2109; ОА0304). Для одновременного определения содержания СО+Н^ используются приборы АСТ-2, действие которых базируется на термохимическом методе. Принцип действия прибора основан на определении суммарной теплоты сгорания СО и Н^, содержащейся в дымовых газах, на катализаторе. Повышение температуры служит мерой суммарной теплоты сгорания СО и Н^ и приводит к разбалансу мостовой схемы, преобразующейся в электрический сигнал постоянного тока. Информация о содержании СО, Н^ и О^ в дымовом газе обеспечивается двухканальным датчиком, в котором проводится измерение тепловых эффектов раздельного окисления в двух параллельных каналах равных потоков контролируемых проб дымового газа с равными потоками вспомогательных реагентов: одной пробы с кис-

лородом, другой — с газообразным горючим.

Окись углерода имеет характерную только для нее полосу поглощения в инфракрасном диапазоне частот. По этому принципу действия работают приборы типа ГИАМ-14; ГИАМ-15. Из веществ, которые могут влиять на показания концентрации СО, Н^, О^, следует отметить углекислый газ и пары воды. Для устранения влияния углекислого газа в этих приборах применяют дополнительные оптические фильтры (кюветы, заполненные 100% углекислого газа), что позволяет практически устранить его влияние.

В отдельную группу адсорбционных методов выделяют лазерные. Перспективность метода обусловлена специфическими особенностями лазерного излучения: монохроматичностью, высокой энергетической плотностью, направленностью и др. Поглощение на отдельной линии позволяет повысить избирательность и чувствительность газового анализа.

7.5. ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Приборы, применяемые для определения концентрации загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив, в большинстве своем основаны на принципе газовой хроматографии, инфракрасного поглоще-

ния, а также хемилюминесцентных и электрохимических методов. Обычно перечень приборов и методик, допускаемых к применению на энергетических объектах, согласовывается с Госстандартом, Этот перечень постоянно обновляется с исключением из него приборов несовершенных и устаревших конструкций. Все газоанализаторы выполняются переносными либо для установки в стационарных условиях.

На каждом этапе развития средств измерительной техники в энергетике применялись разные типы приборов с различными функциональными возможностями. В настоящей работе приводятся сведения только о некоторых газоанализаторах, конструкции которых постоянно совершенствуются.

Для анализа дымовых газов широкое применение получили переносной и стационарный варианты газоанализаторов «Бекман» (США) и «Хориба» (Япония). Газоанализатр «Хориба» модели МЕХА-16, предназначенный для непрерывного отбора проб и записи результатов на ленту, включает пять анализаторов с инфракрасным и один с ультрафиолетовым излучением и настольный самописец. Содержания оксида углерода (0-12%), диоксида углерода (0-16%), оксидов азота (0-0,2%) определяются с помощью инфракрасного излучения. Погрешность определения всех компонентов — ±1% при времени срабатывания 1 с.

В бывшем Советском Союзе был освоен автоматический хемилюминесцентный газоанализатор 645 ХЛ-01, предназначенный для непрерывного измерения концентрации оксидов азота в воздухе. Затем для автоматического измерения содержания окиси азота в дымовых газах котельных агрегатов был освоен выпуск газоанализаторов ГХЛ-201. В последующем был налажен выпуск хемилюминесцентного газоанализатора 344 ХЛ-01. Он служит для измерения объемной доли оксида и суммы оксида и диоксида азота, состоит из блока анализа и устройства пробоподготовки. Основные технические данные: диапазон измерений: оксида азота — 0...200, 0...500, 0...1000, 0...2000, 0...5000 млн''; суммы оксида и диоксида азота (NO^) — 0...200, 0...500, 0...1000, 0...2000, 0...5000 млн"'. Основная приведенная погрешность: для N 0 на всех диапазонах — ±15%; для N0^ на диапазоне 0...2000 млн~' ±25%; для N0^. на остальных диапазонах ±20%. Время прогрева 1 ч. Время установления выходного сиг-

я20 с. Масса прибора — 60 кг; температура окружающего

во з д у х а - С ,

ВРГнституте прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород) раз-

работан газоанализатор АДГ-02, предназначенный для непрерывного прямого контроля в потоке дымовых газов концентраций оксида азота диоксида азота и диоксида серы. Прибор в максимальной степени приспособлен к работе в трудных эксплуатационных условиях: резкая смена климатических условий, наличие загрязняющих веществ в потоке отходящих газов, присутствие сильных источников помех и т. п.

Основные технические характеристики прибора

Диапазоны измерения массовой концентрации (для диаметра газохода, приведенного к диаметру 1м), г/м'

Принцип работы газоанализатора—дифференциальное поглощение. Прибор производит автоматическое считывание показаний детекторов с периодом 5-20 мин с последующей обработкой полученной информации и подготавливает ее по выбору пользователя к выводу на стандартный регистрирующий прибор (самописец) или дисплей персонального компьютера. Запоминающее устройство прибора обеспечивает хранение в памяти электронного блока информации о результагах последних 256 измерений (в течение 3 суток при интервале между измерениями 20 мин). Программное обеспечение позволяет непрерывно контролировать рабочие параметры прибора; напряжение питания на фотоэлектронных умножителях, уровень регистрируемых сигналов в рабочих пределах, проводить диагностику сбоев в работе прибора и т. д. Для защиты оптических элементов от загрязнения в процессе эксплуатации механические заслонки открываются только на время измерений, кроме того, предусмотрен обдув оптических элементов потоком воздуха за счет естественного разрежения в газоходе. При значительном загрязнении оптических окон в процессе длительной эксплуатации происходит автоматическое переключение напряжения питания детекторов, что повышает их чувствительность. Перед каждым циклом измерений выполняется автоматическая калибровка «на ноль», исключающая дрейф, связанный с изменением внешних условий или загрязнением оптических элементов.

Оригинальные технические решения позволили обеспечить сходные с аналогичными приборами параметры анализатора АДГ-02 при существенно меньшей цене.

Как показали исследования, на точность измерений прибора не влияют ни геометрическое расположение луча в сечении газопровода, ни количество водяных паров в уходящих газах, ни воздух, поступающий для обдувки оптической системы, ни температура уходящих газов.

Во время испытания прибора получена хорошая сходимость результатов измерений с показаниями таких известных переносных приборов, как TESTOTERM и IMR-3000.

в Республике Беларусь налажен выпуск стационарных газоапа- типа АГТ, которые предназначены для непрерывного авто- м а т и ч е с к о г о контроля содержания кислорода (АГТ-О^) и оксида угле-

рода (АГТ-СО) в подуктах сгорания.

Приборы включены в Госреестр Республики Беларусь и выпускаются н а у ч н о - т е х н и ч е с к и м центром энергооптических технологий (НТЦ ЭНОТЕХ).

В основу работы анализатора АГТ-О^ положено использование концентрационного по кислороду гальванического элемента с твердым электролитом. В анализаторе АГТ-СО установлен сенсор-изме- ритель, использующий термохимический принцип измерения содержания СО в газах.

Приборы не нуждаются в постоянном обслуживании, а требуют лишь периодической проверки работоспособности. Анализаторы могут быть оснащены диагностической системой, позволяющей локализовать неисправность. Применение цифровых методов обработки повышает точность и надежность измерения параметров.

Газоанализаторы имеют следуюпще эксплуатационные преимущества:

-измерительный зонд-датчик устанавливается непосредственно в газоходе котла, вследствие чего не нужна система отбора и подготовки газа;

-высокое быстродействие, что особенно важно при использовании в системах регулирования;

-надежность в работе при незначительном техническом уходе;

-имеется унифицированный выходной сигнал и цифровой канал;

-предусмотрена система самодиагностики неисправностей.

Технические характеристики газоанализаторов АГТ

На Украине разработан и серийно выпускается стационарный многокомпонентный газоанализатор МАРС-5. Он предназначен для непрерывного одновременного автоматического измерения и регистрации массовой концентрации четырех загрязняющих веществ: N0, N0^, СО, SO^ в отходящих газах котлов ТЭС и выбросах промышленных предприятий.

Принцип действия газоанализатора — фотоабсорбционный в ин- фра-красной области спектра с применением узкополосных интерференционных фильтров и микропроцессорного устройства.

Различные варианты исполнения прибора позволяют устанавливать его вблизи точки отбора пробы либо на расстоянии до 100 м от нес. Расстояние до регистрирующих приборов до 500 м.

Диапазоны измерения устанавливаются по заказу в следующих пределах (в скобках указаны диапазоны серийного прибора), г/м^:

Предел основной приведенной погрешности ±10.

Выходной сигнал по каждой измеряемой газовой компоненте 0-5 мА. Газоанализатор аттестован Госстандартом Украины и внесен в

Госреестр за № У1307-00.

Необходимо отметить, что в энергетике РБ и стран СНГ преимущественно применяются приборы зарубежных фирм.

Большинство переносных приборов зарубежных фирм, как правило, основаны на использовании электрохимических ячеек и работают по общей принципиальной схеме; отбираемая проба газов насосом прокачивается через фильтр и направляется в электрохимические ячейки. В зависимости от концентрации анализируемого газа изменяются электрохимические характеристики ячеек, которые воспринимаются электронной схемой прибора, преобразуются и выдаются в виде концентраций данного вещества в р р т или мг/м1 Приборы снабжены дисплеями и могут быть укомплектованы принтерами для выдачи протокола измерений. В электронную схему входит процес-

что позволяет запоминать и обрабатывать данные, пересчиты- вать их и находить производные и сопряженные величины, что является большим удобством.

Приборы измеряют целый ряд параметров, в том числе: _ температуру анализируемых газов;

-температуру окружающего воздуха;

-концентрации кислорода, оксида углерода, оксида азота, диоксида азота, диоксида серы;

-давление (разрежение) в газоходе, разность давления;

-относительную влажность среды;

-скорость газового потока.

Вычисляют:

-концентрацию диоксида углерода;

-коэффициент избытка воздуха;

-тепловые потери с уходящими газами;

-коэффициент использования топлива (под коэффициентом ис-

пользования топлива здесь подразумевается величина \ -

- ^ 3 ~ 100 - q^, поскольку величиной q^ во многих случаях при сжигании газа и мазута можно пренебречь).

Каждая фирма-производитель выпускает несколько модификаций приборов, которые отличаются набором функциональных возможностей (от наиболее простого и дешевого до сложных универсальных систем).

Приборы типа «Testo» обеспечены в Республике Беларусь сервисом, инженерной и метрологической поддержкой (имеется сервисноремонтный центр). Госповерка осуществляется Госстандартом на базе этого центра, межповерочный интервал — 6 месяцев.

Приборами «Testo» и MSI оснащены многие предприятия энергетики и областные комитеты по охране природных ресурсов и окружающей среды. Газоанализаторы типа «Testo» моделей 360, 350, 346 и ^42 включены в Госреестр средств измерений РБ. Приборы и технологии их производства сертифицированы по международному стандарту ISO 9001.

Сведения о некоторых типах газоанализаторов приведены в табл. 7.2.