УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПОЛЯ СКОРОСТИ ПОТОКОВ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Устройство для измерения поля концентрации вредных веществ (ВВ) и поля скорости потоков отходящих газов может быть применено при мониторинге промышленных выбросов ВВ от стационарных источников загрязнения атмосферы, а также при выполнении теплотехнических измерений в магистральных газоходах теплоэлектростанций, технологических установок в химии, нефтехимии и производстве строительных материалов.
Теплотехнические измерения в магистральных газоходах и контроль выбросов ВВ в атмосферный воздух реализуют с помощью переносных, передвижных и автоматических стационарных средств измерений (СИ). На базе стационарных автоматических средств измерения создаются системы непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ).
Среди них наиболее экономичной является система с измерительным сечением на дымовой трубе. В этом случае применяется одна СНМВ вместо нескольких, размещаемых на каждом парогенераторе, или «борове», подключенных к этой трубе.
При этом: а) поперечные сечения дымовых труб, «боровов», газоходов используются как измерительные; б) выбор мест этих сечений выполняется согласно [1, 2]; в) в этих сечениях поля скорости потока отходящих газов, концентрации газообразных компонент и твердых частиц, температуры, давления и влажности газов неравномерны.
Неравномерность этих полей является одним из источников зачастую доминирующих составляющих общей погрешности измерения выбросов ВВ, которая для газообразных ВВ не должна превышать ±20%.
Для уменьшения величин погрешностей от неравномерности полей согласно [1, 2] определяют: а) средние значения по сечению концентрации ВВ и скорости потока отходящих газов, а также коэффициенты неравномерности этих полей (КНП)]; б) в результаты прямых измерений концентрации и скорости вводят КНП в виде поправочных коэффициентов. В отдельных случаях ограничиваются только тем, что оценивают величины погрешностей от неравномерности полей.
К сожалению, измерения являются достаточно трудоемкими, т.к. необходимо выполнить разбивку площади сечения на равновеликие участки по площади, количество которых зависит от диаметра сечения и соотношения длины «прямого участка» к этому диаметру. Центры тяжести этих участков принимают за точки измерений. Их количество может достигать 36 и более.
В настоящее время тарировка сечения конвективного газохода парогенератора выполняется вручную и является трудоемкой работой, как при определении средней скорости потоков отходящих газов, так и при определении средней по сечению концентрации [2]. Пробоотборные трубы вводятся в газоход с помощью лебедки. Измерения по [1, 2] в дымовых трубах на отметках 50-150 м при диаметре трубы в месте измерений 5-10 м еще более трудоемки, чем измерения в конвективном газоходе парогенератора, и практически не реализуемы с применением традиционных вспомогательных средств.
Устройства для измерения поля концентрации вредных веществ и поля скорости потоков отходящих газов авторам не известны и задачей является создание устройства, позволяющего:
- уменьшить трудоемкость измерений и сделать их возможными на любом сечении дымовых труб и магистральных газоходов;
- увеличить точность измерения концентрации ВВ и скорости потока отходящих газов в СНМВ, а также увеличить точность измерения выбросов ВВ и теплотехнических измерений переносными. передвижными и стационарными средствами измерений.
Нами предложено устройство, позволяющее решить упомянутые задачи.
Сущность полезной модели: устройство включает переносной или передвижной, или стационарный газоанализатор с зондом, эластичную пробоотборную трубку, конец которой с выходным отверстием присоединен к зонду газоанализатора. Устройство содержит натянутые двумя блоками ленту в горизонтальной плоскости или неподвижные параллельные тросы в любом необходимом положении в пространстве.
Блоки крепления установлены в отверстиях, проделанных в стене дымовой трубы, и находятся в вертикальной плоскости, проходящей по диаметру трубы.
На торцевой поверхности ленты установлена каретка с роликами. На тросах установлена каретка с трубчатыми направляющими. На каретке закреплены приводной трос, конец эластичной пробоотборной трубки с входным отверстием, напорная трубка НИИОГАЗ, датчик температуры. Устройство содержит также вторичные приборы измерения скорости и давления (дифференциальный манометр), температуры газов.
Установку каретки с датчиками в нужную измерительную точку осуществляют вручную с помощью приводного троса. Измеряют газоанализатором концентрацию ВВ, трубкой НИИОГАЗ и дифференциальным манометром скорость и давление, датчиком температуры и вторичным прибором температуру газов. С помощью калькулятора вычисляют характеристики измерительного сечения: средние по измерительному сечению концентрацию ВВ, скорость потока отходящих газов и КНП. С учетом теоретически определенной влажности газов вычисляют выбросы ВВ.
Технический результат:
1. Уменьшение трудоемкости измерений достигается за счет выполнения одновременного измерения 4-ех величин (концентрации, скорости, температуры, давления), установив каретку в нужную измерительную точку вручную.
2. Увеличение точности измерения концентрации ВВ, скорости потока отходящих газов, выбросов ВВ, а также теплотехнических измерений в магистральных газоходах достигается за счет возможности выполнения измерений в точках сечений, в которых раньше такие измерения невозможно было выполнить.
На фиг.1 показано согласно [1] измерительное сечение дымовой трубы или магистрального газохода с точками измерения в центрах тяжести равновеликих по площади участков.
На фиг.2 изображено устройство для измерения поля концентрации ВВ и поля скорости потоков отходящих газов.
На фиг.3 показана каретка на роликах.
На фиг.4 показана каретка на трубчатых направляющих.
Устройство (фиг.2) включает ленту 1, натянутую горизонтально с помощью блоков 2 и 3. Блоки 2 и 3 устанавливаются напротив диаметрально противоположных отверстий 4 и 5 в стене дымовой трубы 6. На ленте 1 установлена каретка 7. К каретке 7, опирающейся роликами 8 и 9 (фиг.3) на торцевую поверхность ленты 1, присоединен трос 10 и на ней закреплены датчик скорости (напорная трубка НИИОГАЗ) 11, конец эластичной пробоотборной трубки 12 с входным отверстием, датчик температуры (термопара или термометр сопротивления) 13.
Такая конструкция не вызывает завихрений в газовом потоке. Натяжение ленты 1 препятствует раскачиванию находящейся на ней каретки 7 с датчиками и этим обеспечивается их стабилизация в газовом потоке. Материал ленты - нержавеющая сталь, толщина 1,3-1,5 мм.
Выходной конец пробоотборной трубки 12 присоединен к зонду 14 (фиг.2) газоанализатора 15. Имеются вторичные приборы измерения скорости и давления (дифференциальный манометр) 16, температуры газов 17 и площадка обслуживания 18. Выбор типа датчиков делается с учетом величины скорости и температуры газов, вторичных приборов - с учетом их веса и возможности поднять их и пользоваться ими на площадках обслуживания дымовых труб на высоте 10, 50 и 150 м.
Вместо ленты 1 и каретки 7 на роликах устройство может содержать каретку 19 (фиг.4), установленную, например, на два несущих неподвижных параллельно натянутые тросы 20, на которой крепятся упоминаемые выше датчики. Тросы 20 в пространстве могут быть занимать любое необходимое положение. Каретка устанавливается на тросы 20 с помощью трубчатых направляющих 21.
Порядок работы устройства. Устройство (фиг.2) размещается в дымовой трубе таким образом, что бы лента 1 (фиг.3) проходила по диаметру ее поперечного сечения или несущие тросы 20 (фиг.4) проходила также по этой линии. Перед началом работы устройства конец эластичной пробоотборной трубки 12 с выходным отверстием присоединяется к зонду 14, а к трубкам, идущим от напорной трубки НИИОГАЗ 11 (фиг.3), присоединяется дифференциальный манометр 16, концы датчика температуры 13 подключаются к вторичному прибору 17.
1
CO
CO2
NO
NO2
SO2
O2
1
CO
CO2
NO
N02
SO2
O2
1
1
1
Все приборы включаются в работу. С помощью приводного троса 10 каретку 7 или карету 19 вручную устанавливают в 1-ую точку (фиг.1) и фиксируют ее положение натяжением этого троса в 2-е противоположные стороны. С помощью газоанализатора 15 выполняют измерения, например, величин C (C, C, C, C, C, C). Где C (C, C, C, C, C, C) - концентрация соответственно окиси и двуокиси углерода, окиси и двуокиси азота, двуокиси серы, концентрация кислорода в точке 1. Комплектом напорная трубка НИИОГАЗ 11 и дифференциальный манометр 16 выполняют измерение скорости V и давления газов P, датчиком температуры 13 и вторичным прибором 17 измеряют температуру газов T в точке 1.
ср
CO
CO2
NO
NO2
SO2
O2
ср
ср
ср
Измерения выполняются согласно [1, 2]. При этом выполняют измерения и в контрольной точке. Проводят 3 измерения. Перемещают каретку во 2-ую точку и повторяют измерения. И так для всех остальных точек измерения. С помощью калькулятора вычисляют средние значения измеряемых величин для каждой точки, средние значения измеряемых величин по измерительному сечению концентрации и скорости C (C, C, C, C, C, C), V, T, P, КНП и с учетом температуры, давления и теоретически полученной величины влажности отходящих газов определяют величину выбросов ВВ.
Вычисляют погрешности измерений средних значений концентрации, скорости и величины выбросов ВВ. После окончания измерений каретку 7 или каретку 19 перемещают в блок крепления 2 или 3.
Измерения выполняются по 2-ум взаимно перпендикулярным диаметрам сечения.
Каретка 7 может быть применена на дымовых трубах или в газоходах с восходящими и нисходящими потоками. Каретка 19 может быть применена на дымовых трубах, «боровах» и горизонтальных газоходах.
Все устройства могут применяться в поперечных сечениях в форме круга, квадрата или прямоугольника
Устройство применяют периодически: 1) при контроле выбросов ВВ органами государственной инспекции и предприятиями, а также при теплотехнических измерениях в магистральных газоходах с помощью переносных, передвижных, или стационарных СИ.
2) при определении характеристик измерительного сечения на этапе пуско-наладочных работ и при метрологической аттестации СНМВ; 3) при обязательных регулярных метрологических работах по СНМВ с интервалом в 6 месяцев;
Литература
1. ГОСТ 17.2.4.06-90 Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. Госстандарт, Минск.
2. СТО ВТИ 11.001-2012 Методика выполнения измерений массовых выбросов загрязняющих веществ от котельных установок с применением газоанализаторов с электрохимическими датчиками.