Стационарный прибор оптимизации режимов горения для газовых котельных

Стационарный прибор оптимизации режимов горения для газовых
Область техники, к которой относится полезная модель
Стационарный прибор оптимизации режимов горения посредством контроля состава отходящих газов для газовых котельных (в дальнейшем прибор) относится к индикаторам и предназначен для индикации показаний концентрации кислорода, сигнализации о недостатке или избытке кислорода и сигнализации о появлении горючих компонентов в отходящих газах при процессе горения в топливосжигающих устройствах различного назначения. Прибор может быть использован в энергетических, металлургических и других производствах с целью оптимизации соотношения воздух-топливо в топливосжигающих устройствах различного назначения и промышленных печах для экономии топлива. Уровень техники
Известен газоанализатор кислорода погружного типа АКВТ-01 ТУ ИБЯЛ. 413415.001 ТУ-93, предназначенный для измерения концентрации свободного кислорода в отходящих газах от процессов сгорания в водогрейных котлах и других аналогичных устройствах и выдачи информации в виде унифицированных сигналов, пропорциональных измеряемым величинам. Специализированный датчик-зонд представляет собой электрокаталитический датчик на основе диоксида циркония, который помещается непосредственно в поток отходящих газов в специальном термостате.
Основные недостатки АКВТ-01:
1.Специализированный датчик-зонд на основе диоксида циркония достаточно сложен в изготовлении.
2.Датчик-зонд необходимо помещать в термостат, причем система «датчиктермостат размещается непосредственно в потоке отходящих газов, что ведет к удорожанию и сложности конструкции и, как следствие, к преждевременным отказам как самого датчика, так и прибора в целом.
3.Специализированный датчик-зонд для контроля кислорода трудно совместим с другими датчиками, в частности, с датчиком для контроля несгоревших остатков горючих газов.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является прибор OCX 4400 Oxygen/Combustibles Transmitter. Разработчик и изготовитель - фирма Fisher Rosemount.
В этом приборе датчик на основе диоксида циркония помещен в герметичный термостат, а датчик для контроля несгоревших остатков горючих газов также помещен в свой герметичный термостат, объемы которых последовательно соединены с пробозаборником, располагаемом в дымоходе в струе отходящих газов. За счет побудителя расхода осуществляется забор отходящих газов, прокачка его через датчики с последующей утилизацией газа. Недостатками этого прибора следует признать:
1. Сложность конструкции прибора, так как датчик кислорода и датчик несгоревших остатков горючих газов помещены в два термостата и имеется принудительный пробозаборник, что приводит к необходимости длительной v настройки прибора и снижает надежность его работы за счет применения побудителя расхода. 2.В приборе используется специализированный циркониевый датчик, который сложен в изготовлении и для функционирования требует использования термостата для постоянного поддержания температуры равной 700 °С. 3.Сложность эксплуатации прибора, связанная с обслуживанием системы побуждения прибора, и дороговизна эксплуатации в связи с тем, что замена вышедшего из строя специализированного датчика требует значительных материальных затрат. Сущность полезной модели В приборе использован электрохимический метод измерения О2 с помощью высокотемпературного твердоэлектролитного датчика Х,-зонда на основе ZrOi- ЭДС этого датчика определяется разностью концентраций молекулярного кислорода в анализируемой газовой смеси и окружающем воздухе на двух электродах при постоянном давлении и температуре. В заявляемой полезной модели предлагаемое техническое решение отличается тем, что: -в качестве измерителя концентрации кислорода использован автомобильный -зонд, устанавливаемый в измерительной камере блока отбора пробы; -предлагается единая конструкция блока отбора пробы, в котором в измерительной камере размещаются и датчик для измерения концентрации кислорода, и датчик для обнаружения несгоревших остатков горючих газов, причем газообмен датчик-кислород происходит диффузионно, а заборник пробы погружного типа с помощью обратного фланца крепится к измерительной камере. Блок отбора пробы размещается снаружи дымохода, а через шлюзовое отверстие заборник пробы вводится в дымоход, что обеспечивает применение прибора без побудителя расхода. Положительным эффектом при осуществлении заявляемого технического решения полезной модели будет: - существенное снижение себестоимости прибора при сохранении высоких технических характеристик; -отсутствие в приборе побудителя расхода; -при правильном выборе и установке на приборе порогов концентрации кислорода в топливовоздушной смеси можно гарантировать оптимальную работу топливосжигающих устройств различного назначения. Существенные признаки, характеризующие полезную модель Стационарный прибор оптимизации режимов горения посредством контроля содержания кислорода в отходящих газах для газовых котельных, включающий блок отбора пробы, составными элементами которого являются измерительная камера с располагаемым в ней в качестве измерителя кислорода автомобильного .-зонда и заборник пробы погружного типа, и блок питания и сигнализации, обеспечивающий информацией о избыточной или недостаточной концентрации кислорода в топливовоздушной смеси в топливосжигающих устройствах различного назначения характеризуется следующими существенными признаками: ч -с целью упрощения конструкции, производства прибора и его эксплуатации в качестве чувствительного элемента для измерения концентрации кислорода использован автомобильный А,-зонд, расположенный внутри измерительной камеры блока отбора пробы; -измерительная камера, расположенная внутри блока отбора пробы, обратным фланцем соединена с внутренней трубой - заборником пробы, позволяющей доставлять пробу из дымохода за счет динамического давления дымового потока на наконечник заборника, и внешней трубой для отвода газа в дымоход в область с минимальным динамическим давлением; -блок питания и сигнализации содержит устройство индикации и сигнализации порогов концентрации кислорода, выводящее информацию о достижении «Порога 1, предварительно выбираемого оператором из диапазона 0,3 - 7 % об. доли и «Порога 2, выбираемого из диапазона 1 10 % об. доли при реализации условия автоматического контроля численного значения «Порога 1 меньше «Порога 2, и имеет на передней панели световую индикацию красного цвета «Мало, соответствующую «Порогу 1, «Много, соответствующую «Порогу 2, зеленого цвета «Норма, когда значения концентрации кислорода находятся между установленными порогами; -в измерительной камере блока отбора пробы расположен датчик горючих, несгоревших компонентов пробы, состоящий из термокаталитических элементов планарной конструкции, расположенных в малогабаритном
высокотемпературном термостате с диффузионным газообменом с объемом измерительной камеры. К достоинствам заявляемого прибора следует отнести:
-быстрый монтаж и демонтаж блока отбора пробы в дымоходе;
-небольшие габариты блока отбора пробы и возможность изменения длины погружной части;
-простой алгоритм работы с прибором, доступный для понимания персонала со средним образованием;
-хорошо различимая световая и звуковая сигнализация и индикация и эргономичные органы управления.
Перечень фигур чертежей и иных материалов
Фигура № 1 - Функциональная схема прибора оптимизации режимов горения
посредством контроля отходящих газов для газовых котельных;
Фигура № 2 - Блок отбора пробы (БОП);
Фигура № 3 - Блок-схема прибора.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Конструкция заявляемой полезной модели состоит из двух блоков: блока
отбора пробы и блока питания и сигнализации (БПС).
Блок отбора пробы (фигура 2):
поз. 1 - крышка;
поз. 2 - автомобильный Х-зонд типа LSH 25 0258 005 133;
поз. 5 - внешняя труба;
поз. 6 - внутренняя труба;
поз. 7 - наконечник;
поз.8 - заглушка;
поз 9 - штуцер для подключения поверочной газовой смеси;
поз. 10 - разъем для подключения БПС;
поз. 11 - кронштейн;
поз. 12 - штуцер для слива конденсата;
поз. 13 - датчик горючих, несгоревших компонентов пробы.
Возможность многократного воспроизведения полезной модели
Обеспечивается за счет применения известных материалов и технологий. Основные корпусные детали блока отбора пробы изготавливаются методом механической обработки с последующим покрытием и осуществлением сборки за счет сварных и резьбовых соединений.
Обеспечивается несложный монтаж и демонтаж автомобильного А,-зонда в измерительной камере блока отбора пробы и его замена при выходе из строя.
Монтаж печатных узлов блока питания и сигнализации осуществляется методом пайки «волной припоя, а модуля контроллера - методом групповой пайки в конвекционной печи ИК-нагрева.
Изготовлен опытный образец, в котором использован автомобильный А,зонд - подогреваемый датчик кислорода с изолированной массой типа LSH 25 0258 005 183, разработчик и изготовитель - фирма BOSCH, Германия. ч ч Принцип работы Функциональная схема прибора представлена на фигуре 1. Измерительная камера БОП (3) монтируется снаружи дымохода (11) с помощью шлюзового устройства (5). БПС (1) располагается на расстоянии до 100 м от БОП и соединен с ним электрическим кабелем. По кабелю (4) обеспечивается питание датчиков БОП (2, 10) от БПС (1), на который подается 220 В, 50 Гц, а также подача на БПС сигналов от чувствительных элементов. Дымовой поток отходящих газов, образующийся при сгорании газа и других продуктов (12), поступает в измерительную камеру (3) блока отбора пробы (фигура 1) за счет избыточного давления, создаваемого наконечником (8) через внутреннюю трубу (6). Горячий дымовой поток обтекает датчик (2), в качестве которого используется автомобильный Х-зонд, термокаталитический датчик (10) и через внешнюю трубу (7) поступает обратно в дымоход в область с минимальным динамическим давлением. Воздух на А,-зонд поступает из измерительной камеры диффузионно. К корпусу измерительной камеры БОП (3) внешняя труба крепится обратным фланцем (9). Автомобильный Х-зонд находится непосредственно в потоке продуктов горения, температурный режим, необходимый для его работы, обеспечивается внутренним штатным нагревателем Х,-зонда, входящим в его конструкцию. Газ диффундирует в отверстие рабочей поверхности А,зонда и контактирует с ячейкой. Выходной сигнал Х,-зонд передается по кабелю (4) к контроллеру БПС. Там он преобразуется в показания концентрации кислорода, в аналоговый выходной и релейный сигналы, используемые для автоматического управления, регистрации и сигнализации. Температурный режим датчика горючих, несгоревших компонентов топливовозддушнойсмесиобеспечиваетсямалогабаритным высокотемпературным термостатом с температурой термостатирования 300 400 °С с внешним диффузионным забором. Выходной сигнал датчика горючих, несгоревших остатков топливовоздушной смеси (10) по кабелю (4) передается на контроллер БПС (1), там преобразуется в показания концентрации горючих газов, в аналоговый выходной и релейный сигналы, используемые для индикации и сигнализации. Блок питания и сигнализации (3) (фигура 3), соединенный с автомобильным А,-зондом (2), расположенным в БОП (1), обеспечивает индикацию показаний по кислороду на панели индикации в диапазоне 0-21 % об. доли (с дискретностью 0,01 % об. доли), и соответствующий ей токовый выход 4-20 мА или 0-5 мА (может быть установлен потребителем); световую индикацию красного цвета «Мало, «Много (соответствующую «Порогу 1, выбираемому потребителем из ряда 0,3 - 7 % об. доли (4), и «Порогу 2, выбираемому потребителем из ряда 1 - 10 % об. доли (4), с дискретностью 0,1 % об. доли, соответственно); световую сигнализацию зеленого цвета «Норма (при отсутствии срабатывания сигнализации «Мало, «Много). Также БПС (3) соединен кабелем с датчиком горючих, несгоревших остатков газов (5) и обеспечивает индикацию показаний концентрации горючих газов и световую сигнализацию красного цвета «Горючие газы.