Измерение содержания кислорода в дымовых газах

       Экономичность и надёжность работы котлов зависит от правильного соотношения подачи топлива и воздуха. Контроль и регулирование этого соотношения осуществляют чаще всего по измерению кислорода в дымовых газах. Для этой цели через газоанализатор прокачивают пробу газа. По причине присутствия в анализируемой пробе различных вредных примесей, её очищают различными фильтрами. Необходимость применения химических фильтров, для удаления сернистых соединений, значительно ухудшает эксплуатационные и технические характеристики  прибора. 

    В последнее время находят широкое применение «мокрые» газовые схемы кислородомеров с использованием водоструйных эжекторов, работающих на конденсате турбины. При этом значительно повышается надежность схемы, и удачно решаются вопросы химической очистки пробы газа, но появляется дополнительная погрешность в связи с различной растворимостью газов в воде.  Её можно вычислить при проведении измерений.

    Сухие дымовые газы котлов состоят в основном из азота, углекислого газа и кислорода. Поэтому содержание компонентов в газовой смеси перед приёмником газоанализатора будет выражаться системой трёх уравнений, составленных на основании закона Генри. Решая их, можно найти величину содержания кислорода в анализируемой пробе газа, приближенное выражение которой будет иметь  вид:

                где  К₁, К₂, К₃ – коэффициенты  растворимости газа, соответственно O_2,  N_2,  CO₂;                                          объёмные доли 𝓿₁, 𝓿₂,𝓿_3, (части соответственно компонентов O_2,  N_2,  CO₂  в газовой смеси после водяного эжектора);     𝓿4   - объемная доля кислорода в исходной пробе газа до водяного эжектора; 𝜸  - величина равная отношению объёма расхода воды к расходу газа в эжекторе.  Из приведённой формулы видно, что при применении  «мокрой» газовой схемы линейность шкалы кислородомера практически не нарушается.  На показания прибора можно ввести постоянный  множитель 𝜹  или скорректировать его показания. Величина 𝜹  больше  единицы за счёт того, что растворимость углекислого газа в воде значительно  превышает растворимость азота и кислорода. На рисунке показано, во сколько увеличивается содержание кислорода,  при различном соотношении расхода воды и газа через эжектор.  Величина  𝜹             зависит от вида сжигаемого топлива, но при𝜸 < 1  она не превышает 1,09.  В конденсате,  поступающем в эжектор,  практически отсутствуют растворенные газы. Если же вместо турбинного конденсата к эжектору подводится вода, в которой много растворенных газов, то в этом случае искажение газовой пробы происходит за счёт выделения газов из воды. Расчёты показывают, что величина искажения пробы газа у кислородомеров со шкалой 0-2  об. % будет соизмерима с основной погрешностью приборов, при содержании кислорода больше  1мг/л в подводимой к эжектору воде. В водопроводной или технической воде содержание кислорода может доходить до 10 мг/л. Поэтому применение такой воды в эжекторах газоанализаторов недопустимо.

       Подводимый к эжекторам конденсат турбины имеет стабильную температуру. Поэтому температурная погрешность кислородомера при применении «мокрой» схемы уменьшается. В очень сильной степени на показания магнитных газоанализаторов влияет величина влажности анализируемого газа. При применении «мокрой» схемы влажность подаваемого в приёмник  газа может быть выше допустимых значений. Это приводит к занижению показаний кислородомера в некоторых случаях до 20% . В этом случае показания  прибора будут занижены, несмотря на обогащение пробы кислородом при поглощении водой углекислого газа. Влажность газа может быть выше нормы и при применении «сухих» газовых схем за счёт конденсации паров воды, имеющихся в  дымовых газах котлов. Поэтому необходимо перед приемниками кислородомеров обязательно устанавливать специальные осушители газа.  Проконтролировать  работу осушителя можно с помощью образцовой газовой смеси. Разница в показаниях кислородомера при подаче образцовой газовой смеси до водяного эжектора и после него должна быть равна величине   

      Вывод:  Дополнительная погрешность  измерения содержания кислорода в уходящих газах котлов газоанализаторами, связанная с применением «мокрой»  газовой схемы, может быть уменьшена до величины, меньшей  основной погрешности прибора. Для эжекторов «мокрой» газовой схемы необходимо применять воду с содержанием кислорода меньше 1 мг/л.  Заводу изготовителю кислородомеров необходимо серийно выпускать элементы для «мокрой» газовой схемы прибора. Кислородомеры необходимо настраивать и производить их проверку по образцовым газовым смесям, подавая их на всас водяных эжекторов. В контрольной газовой смеси должно быть  0 – 2 об.% кислорода,  15 – 17 об.% двуокиси углерода, остальное – азот. После эжекторов необходимо обязательно устанавливать осушитель газа. Проконтролировать его работу можно также с помощью образцовой газовой смеси.

 http://files.portalus.ru/images/files/1509739264.pptx

                                                          Аннотация.

   В статье приводится расчёт погрешности измерения содержания свободного кислорода в уходящих газах котлов автоматическими газоанализаторами при «мокрой» газовой схеме. Даются способы повышения надёжности и точности работы этих приборов.

                                                               Автор:

            Плахута  Владимир  Васильевич.

            E-mail:   plax.vl@yandex.ua

            Тел.    +38 098 3077749