Контроль промышленных выбросов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава I. Метрологические особенности контроля промышленных выбросов

1.1 Основные характеристики пыле-газового потока

1.2 Технологические требования к приборам контроля процессов очистки отходящих газов

1.3 Необходимое число измерений

Глава II. Методы контроля состава отходящих газов конвертерного производства

2.1 Технологические особенности метрологического обеспечения конвертерного производства

Глава III. Методы контроля концентрации пыли в отходящих газах металлургических агрегатов

3.1 Классификация методов контроля пыли и ее дисперсионного состава

3.2 Методы контроля концентрации пыли, основанные на предварительном ее осаждении

3.3 Методы контроля концентрации пыли без предварительного ее осаждения

3.3.1 Оптический метод

3.3.2 Электрический метод

3.3.3 Акустические пылемеры

Глава IV. Патентный обзор

Заключение

Список литературы

Введение

Экологическое состояние многих регионов России оставляет желать лучшего. Особенно напряженная ситуация сложилось в крупных индустриальных городах имеющих металлургическое производство, ТЭЦ, работающие на угле, предприятия строительной индустрии, котельные, химические предприятия. Немалый вклад в ухудшение экологии вносят пылевые выбросы из труб. Пресловутый "индустриальный пейзаж" с дымящими трубами в настоящее время говорит не о развитости, а об отсталости региона - его неспособности решить проблему очистки выбросов.

Отечественные ученые постоянно работают над данной проблемой, разрабатывая специальные приборы высокоэффективные газоочистные установки.

Современный уровень автоматизации основных методов очистки газа в целом превосходит по многим показателям уровень автоматизации аналогичных методов очистки в наиболее развитых зарубежных странах. Тем не менее по степени автоматизации газоочистные установки отстают от основных металлургических и теплотехнических агрегатов Дальнейшая автоматизация контроля, регулирования и управления процессами очистки газов диктуется задачами повышения эффективности работы газоочистных установок, решаемыми с позиций синтеза оптимальных автоматизированных систем регулирования на базе достижений прикладной математики и вычислительной техники. В связи с этим актуальна задача разработки эффективных датчиков для контроля, в частности, такой характеристики пыле-газового потока, как запыленность.

Поэтому специалисты, решающие инженерные задачи пылеулавливания, должны знать современные средства контроля пыле-газового потока, основы теории автоматического управления, а также современные средства и автоматические системы регулирования и управления, возможности автоматических устройств как при проектировании газоочистных установок, так и их эксплуатации на предприятиях металлургической промышленности.

Глава I. Метрологические особенности контроля промышленных выбросов

контроль промышленный выброс пыль

1.1 Основные характеристики пыле-газового потока

Запыленный газовый поток от металлургических агрегатов представляет собой не стабильную систему, которая характеризуется концентрацией пыли, размером частиц или дисперсным составом (ДСП), формой частиц, плотностью, химическим составом, взрывоопасностью, биологической активностью частиц, электрическими и магнитными свойствами и т.д. Из перечисленных характеристик наибольшее значение имеют концентрация пыли, ДСП и электрические свойства.

Концентрацию пыли выражают либо массой, либо числом частиц пыли в единице объема газа. Контроль концентрации пыли в отходящих газах металлургических агрегатов позволяет совершенствовать технологию металлургического производства с целью минимизации процесса пылеобразования; оценить эффективность работы газоочистных установок; поддерживать оптимальный режим системы очистки газа с целью соблюдения стандартов чистоты атмосферного воздуха. Изменение концентрации пыли во времени и в широком интервале затрудняет создание универсального метода ее измерения.

ДСП выражается в процентном соотношении различных фракций пыли в массовом или счетном выражениях. Определение ДСП имеет важное техническое значение и позволяет либо объективно оценить, либо предсказать эффективность соответственно действующих и проектируемых газоочистных установок. При определении ДСП решают две задачи: устанавливают размер частиц различных фракций и находят долю частиц различных фракций.

Как видно на рис., диапазон значении размеров частиц пыли от металлургического производства охватывает несколько порядков: от грубодисперсной до высокодисперсной пыли.

Дисперсный состав пыли oт металлургического производства и границы применения различных приборов определения ДСП

1.2 Технологические требования к приборам контроля процессов очистки отходящих газов

Чтобы приборы контроля процессов очистки обладали обходимыми метрологическими показателями, они должны удовлетворять определенным требованиям.

1. Они должны иметь минимальную вариацию показаний. Вариация --наибольшая разность между повторными показаниями прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях. Появление вариации обусловлено наличием люфтов, трения и т. п.

2. Они должны иметь автоматическую периодическую проверку нуля и одной точки шкалы.

3. Необходимо наличие высокой чувствительности, т.е. способности измерительных устройств реагировать на изменение измеряемой величины. Количественно чувствительность оценивают отношением приращений выходного сигнала ?хвых (линейного или углового перемещения стрелки, пера) к измеряемой величине ?х; (входного сигнала) Например, при повышении концентрации пыли на 100 мг сигнал оптического пылемера увеличился на 4,0 мА, следовательно, чувствительность оптического пылемера составит 4 мА/100 мг==0,04 мА/мг. Пopoг нечувствительности -- наименьшее значение измеряемой величины, способное вызвать появление выходного сигнала.

4. Приборы контроля должны работать надежно. Это свойство измерительного устройства выполнять заданные функции, сохраняя свои характеристики в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

5. Приборам необходимы соответствующее быстродействие, которое характеризуется временем от момента начала изменения величины до установления показаний прибора; стабильность рабочей характеристики; портативность, хорошие эксплуатационные качества; способность оказывать минимальное обратное воздействие на форму полей концентрации и дисперсного состава пыли.

1.3 Необходимое число измерений

Точность измерения растет с увеличением числа замеров. Однако чрезмерно большое число замеров трудоемко. Необходимое число измерений определяют по формуле Стьюдента: n= t2 щ2 /p2, где ( t --нормированное отклонение, %; р -- статистическая вероятность (допустимая ошибка), %; щ - вариационный коэффициент, %.

Нормированное отклонение используют как коэффициент гарантии точности, определяющий значение доверительной вероятности. В условиях нормального распределения величине t==1; 1,65; 2,0 соответствуют доверительные вероятности 68,3, 90; 95,5 %. Значения t и р в уравнении могут быть приняты в соответствии с желаемой точностью измерения. Значение вариационного коэффициента зависит от ряда факторов, которые не могут быть предсказаны теоретически. Статистическая обработка рядов значений запыленности газов по данным замеров на металлургических заводах позволила выявить закономерность, показывающую, что значения газоочистных установок, работающих в стационарных условиях, меньше, чем для установок, работающих нестационарных условиях; вариационные коэффициенты для рядов запыленности при более крупной пыли выше, чем для более тонкой, преимущественно возгонкой.

Поэтому предложено приближенное разделение замеров запыленности по значению вариационных коэффициентов на две группы:

I группа: а) до и после ступени грубой очистки; б) для запыленных потоков, имеющих стационарные характеристики.

II группа: а) после второй ступени очистки; б) для гашенных потоков, имеющих нестационарные характеристики.

Рекомендуется принимать следующие значения вариационных коэффициентов: для I группы щ =25--30 %; для II группы щ==50--60 %.

Глава II. Методы контроля состава отходящих газов конвертерного производства

2.1 Технологические особенности метрологического обеспечения конвертерного производства

В настоящее время прирост объема выплавляемой стали во всех ведущих странах происходит за счет ввода в строй высокопроизводительных кислородных конвертеров, в которых все технологические стадии процесса производства металла заданных марок протекают в одном агрегате с высокими скоростями и в короткий период времени.

Для выполнения технологии конвертерной плавки необходимы данные для предварительного расчета соотношения чугун - скрап в ависимости от теплового баланса плавки, расчета количества присаживаемых в конвертере сыпучих материалов на основе химического состава чугуна и заданных конечных содержаний в стали фосфора и серы, расчета общего количества вдуваемого кислорода в зависимости от содержания в стали углерода, расчета количества охлаждающих материалов для получения заданной температуры металла и других коррекций по ходу продувки кислородом. Высокая интенсивность подачи кислорода ведет к сокращению времени продувки до 11 -13 мин и усложняет управление технологическим процессом в особенности, если на всех ее этапах информация от приборов не обладает необходимой оперативностью. Это приводит к нарушению технологии, потерям металла со шлаком и выбросам, снижению качества металла и дополнительным повалкам конвертера, дополнительным расходом энергоматериалов для исправления технологии.

Высокая эффективность работы конвертеров достигается за счет внедрения комбинированной продувки, улучшения технологического процесса, качества огнеупоров, снижения окисленности металла и шлака, повышения выхода годного. Возрастание вместимости конвертеров и удельной выплавки стали, расширение сортамента и его усложнение, ужесточение требований в отношении к содержанию в стали газов, неметаллических включений, вредных примесей и стабильности физических и химических характеристик сталей повышают требования к уровню метрологического обеспечения конвертерного производства как инструмента формирования качества металлопродукции

При выплавке стали в кислородных конвертерах необходимо выполнять измерения характеристик входных параметров (чугуна, скрапа, руды, окатышей, плавикового шпата, присадок, кислорода), выходных (стали, шлака, газа, пыли) и параметров самого конвертерного процесса и оборудования агрегата (рис. 1.2).

Для контроля выходных параметров необходимы измерения масс, температуры, химического состава, газового анализа, расхода, давления, светотехнические, калорийности. Контроль параметров конвертерного процесса и оборудования агрегата включает измерения линейные и угловые, параметров движения, давления, температуры, теплофизические, оптические и светотехнические, акустические, аэродинамические, химического состава и газового анализа.

Наибольшее влияние на эффективность конвертерной плавки и качество выплавляемой стали оказывают ошибки контроля параметров массы и состава загружаемых материалов, передельного чугуна, расхода кислорода, температуры металла, окисленности и содержания углерода жидкого металла, состава технологических газов.

Совершенствование метрологического обеспечения конвертерного производства, помимо технического эффекта имеет организационный и социальный эффекты, которые выражаются в облегчении и улучшении управляемости конвертерной плавки, повышении надежности работы оборудования, передаче ряда утомительных функций контроля приборам, объективности принимаемых решений по управлению, повышении техники безопасности за счет вывода обслуживающего персонала из опасных мест, улучшения экологических условий.

Схема видов измерений метрологического обеспечения конвертерного производства

В последнее время в отечественном и зарубежном конвертерном производстве опробован и внедрен ряд новых перспективных средств измерения. Широкое распространение получают новые прецизионные масс-спектрометры с погрешностью контроля состава отходящих газов ± 0,5 %, позволяющие непрерывно контролировать кинетику окисления углерода и определять его концентрацию в ванне в любой момент времени, скорость шлакообразования, предотвращать выбросы шлака, контролировать количество отходящих газов по балансу аргона и азота при известном расходе кислорода на продувку, диагностировать взрывоопасность газовых смесей и допустимые пределы концентраций компонентов при утилизации конвертерных газов. Применение масс-спектрометров обеспечивает выплавку заданных марок сталей в конвертерах с первой их повалки > 80 %, сокращение длительности плавки на 10 %, увеличение выхода годного на 0,5 %, способствует повышению стойкости футеровки и снижению расходов огнеупоров и ферросплавов, облегчает условия труда персонала по ведению плавки.

Глава III. Методы контроля концентрации пыли в отходящих газах металлургических агрегатов

3.1 Классификация методов контроля пыли и ее дисперсионного состава

Известные методы измерения концентрации пыли по своему принципу разделяют на две большие группы: 1) с предварительным выделением дисперсной фазы аэрозоля из среды; 2) без выделения дисперсной фазы

В 70-80-е годы в нашей стране были достигнуты большие успехи в развитии методов измерения концентрации пыли, которые легли в основу конструкций пылемеров. В зависимости от назначения пылемеры классифицируют по измерению концентрации пыли в атмосферном воздухе и в воздухе промышленных помещений и по измерению концентрации пыли в отходящих газах промышленных агрегатов.

В настоящее время имеется около 100 способов и приборов определения ДСП, основанных всего на нескольких физических принципах.

Систематизация способов определения ДСП металлургического производства по физическим принципам позволяет провести классификацию следующим образом-

1) механические методы (рассев);

2) седиментометрические методы (накопление осадка, отбор весовых проб, электрофотометрия);

3) гидродинамические методы (воздушная сепарация в вертикальных сосудах, сепарация в центробежных аппаратах с вращающимся ротором или в циклонниках, сепарация в струйных аппаратах, т е. импакторах);

4) оптические методы (оптическая микроскопия, электронная микроскопия, импульсная нефелометрия;

5) кондуктометрический метод.

3.2 Методы контроля концентрации пыли, основанные на предварительном ее осаждении

Последовательность операций при измерении концентрации пыли.

Методы измерения концентрации пыли данной группы включают следующие основные операции:

1) отбор из запыленного газового потока части его, в которой концентрация и дисперсный состав пыли не отличаются от основного потока; 2) полное улавливание Дц из отобранного газа, 3) измерение объема отобранного газа; 4) определение массы уловленной пыли; 5) выполнение операций расчета концентрации пыли.

Соблюдение правил отбора пробы является крайне важным условием получения минимальной погрешности измерения запыленности. Для этого отбор пробы необходимо осуществлять на прямом вертикальном участке газопровода, где газовый поток не подвержен возмущениям из-за резкого изменения сечения газопровода или направления движения газа. Желательно, чтобы место отбора газа отстояло от источника возмущения на расстоянии, равном минимум десятикратному диаметру газохода.

Для количественной оценки достоверности отобранной пробы введен коэффициент аспирации А, определяемый из формулы: А= Са/с, где Са--концентрация пыли в сечении входа заборной трубки; с--концентрация пыли в невозмущенном потоке.

Коэффициент аспирации А является функцией параметров: A=f (wг /wT, , ц, К, Stk), где wг -- скорость газа в невозмущенном потоке; wT -- скорость газа в заборной трубке; ц - угол между нормалью к плоскости входного отверстия заборной трубки и вектором скорости потока; К--коэффициент, зависящий от конструкции пылезаборной трубки; Stk -- безразмерный параметр (число Стокса).

Равенство скоростей газа в невозмущенном потоке и в заборной трубке (wг/ wT = 1) называют условием изокинетичности. Это условие является основным при отборе. Важность изокинетичного отбора иллюстрирована рис. При отклонении входного отверстия от положения, перпендикулярного направлению газового потока, даже при соблюдении равенства скоростей будут получены заниженные результаты определения запыленности, а отобранная пыль будет более мелкой.

Возможные ошибки при отборе газа для определения концентрации пыли: а -- скорость газового потока равна скорости отбора, но входное отверстие заборной трубы находится под углом к направлению газового потока; б -- скорость газового потока равна скорости отбора (условие изокинетичности); в - скорость отбора больше скорости газового потока, г--скорость отбора меньше скорости газового потока

При соблюдении равенства скоростей (рис. 1.2.,6) запыленность определена с минимально возможной ошибкой. Если скорость отбора превышает скорость газового потока (рис. 1.2.,в), то более крупные частицы пыли из внешней части отбираемого объема газа, стремясь по инерции сохранить прежнее направление движения, пройдут мимо входного отверстия пробоотборного устройства. В результате полученная величина запыленности окажется заниженной, а отобранная пыль будет более мелкой. При отборе с пониженной скоростью (рис. 2.1,г) произойдет обратное явление: более крупные частицы пыли из внешней отклоняемой и не входящей в отбираемый объем части газового потока по инерции пройдут во входное отверстие пробоотборного устройства.

В результате полученная величина запыленности окажется завышенной, а отобранная пыль будет более крупной.

Расход газа Vт, м3/с, необходимый для соблюдения условий изокинетичности при заданных диаметре входного отверстия носика используемого пробоотборного устройства и скорости газового потока, может быть определен по формуле: Vт = рD2 / 4 wг .

Методы и устройства для улавливания пыли из отобранного газа

Для этого разработаны методы внешней и внутренней фильтрации. При внешней фильтрации фильтрующее устройство располагают за газоходом на удобном расстоянии от заборной трубки. При внутренней фильтрации фильтрующее устройство устанавливают непосредственно за зондом. Метод внутренней фильтрации более точный, но значительно трудоемкий, так как при замене фильтра зонд необходимо извлекать из газохода. Этот метод используют, когда требуется высокая точность измерений, а также при большой слипаемости пыли и высоком влагосодержании.

При улавливании пыли методом внешней фильтрации к заборным трубкам могут быть присоединены специальные патроны с фильтрующим материалом. В качестве фильтрующего материала применяют бумажные гильзы или малогигроскопичный материал ФП. Бумажные гильзы изготовляют из обычной фильтровальной бумаги и применяют при температуре проходящего через них газа, не превышающей 107 °С. Фильтрация газа через бумажную гильзу может осуществляться, если масса пыли, осажденной в гильзе, не превышает 1,5--8,0 г (в зависимости от ее дисперсности). В тканевом фильтре можно осадить 50--80 г пыли.

Для фильтрации газов с температурой до 100 °С применяют ворсистые шерстяные ткани, до 147 °С нитрон, лавсан, а свыше 147 °С ткань из стекловолокна.

Во избежание конденсации паров воды патроны для бумажных или тканевых фильтров имеют электрообогрев.

Для получения минимальной погрешности массы уловленной пыли бумажные гильзы высушивают в сушильном шкафу при температуре 80 °С в течение 20--30 мин после чего сутки выдерживают в весовой комнате.

Для улавливания пыли методом внутренней фильтрации применяют простейшие стеклянные патроны, которые представляют собой стеклянную пробирку с припаянным носиком. Патрон набивают стекловатой и асбестовым волокном. Тампон из стеклянной ваты должен быть рыхлым и помещать его нужно так, чтобы он не доходил до носика и не препятствовал входу газа через него. Во избежание выноса частиц стекловолокна и асбеста в патрон после асбестового тампона вставляют латунную сетку. Плотность набивки проверяют по ее гидравлическому сопротивлению, которое при расходе газа 20 л/мин составляет около 600 Па.

Патроны из стекла обладают рядом недостатков. Основными из них являются хрупкость, тупые и толстые входные кромки носика.

Компоновка аппаратуры для определения запыленности весовым методом

Примеры компоновки аппаратуры приведены на рис. 1.3. Установка состоит из заборной трубки; фильтрующего элемента для улавливания пыли; приборов измерения расхода, давления и температуры пробы газа; приборов измерения скорости потока в газоходе (пневмометрическая трубка и микроманометр); средств для отсоса пробы (вакуумный насос, эжектор, пылесос и т.п.); гибких резиновых шлангов для соединения частей установки.



Установка для определения запыленности газов

а - компоновка; б -- пневмометрическая трубка; 1--заборная трубка; 2-- патрон для внешней фильтрации, 3--диафрагма, 4--дифференциальный водяной манометр, 5--вакуумный насос, 6, 14--термометры; 7, 15--манометры, 8--тройник. 9, 10. 16-- зажимы для регулирования расхода; 11--трансформатор питания нагревателя, 12--пневмометрическая трубка, 13--микроманометры

После сборки установки проверяют ее герметичность. Для этого устанавливают некоторый расход воздуха через установку и заглушают отверстие для входа запыленного газа. Показания расходомера при этом должны упасть до нуля. Затем включают обогрев заборной трубки и фильтровального патрона, если в этом есть необходимость. После этого заборную трубку или устройство для осаждения пыли методом внутренней фильтрации устанавливают в нужной точке сечения газохода и через установку с необходимым расходом пропускают газ. Продолжительность отбора зависит от запыленности газов, пылеемкости фильтров и определяется временем, необходимым для осаждения удобной для взвешивания массы пыли.

Для поддержания условий изокинетичности отбора пробы в автоматическом режиме применяют заборные трубки нулевою типа.

Наибольший интерес представляют метод и приборы прямого автоматического взвешивания массы осажденной пыли. Метод прямого автоматического взвешивания положены радиоизотопный, фотометрический и аэродинамический методы.

Радиоизотопный метод. Радиоактивные изотопы испускают в основном три типа излучения: б , в, г. По проникающей способности и характеру поглощения в веществе в-излучение является наиболее подходящим для применения в пылеизмерительном приборе.

Блок схема автоматического пылеизмерительного прибора конструкции фирмы «Сарториус»

1--пневматическое транспортирование фильтрующих дисков, 2--просасывание , 3 -- устройство для вырубки круглых дисков фильтров, 4 -- обработка диска (кондиционирование и тарировка), 5--затвор (нанесение слоя пыли), 6--обработка запыленного диска и взвешивание, 7--снятие диска, 8--анализ следов, 9--участок трубопровода, 10--рулон фильтрующего материала, 11--измерение и регулирование расхода просасываемого газа, 12--предварительное задание времени просасывания, 13 -- вычислитель, 14-- показание (мг/м8, мкг/м8)

Массу пыли, осевшей на фильтре, определяют на основании закона ослабления в-излучения.

Существенное значение при измерении массы пыли радиоизотопным методом имеют характеристики фильтрующего материала. Наиболее пригоден фильтрующий материал НЭЛ-3.

Фотометрический метод Массу осевшей пыли оценивают по ее оптической плотности, которую определяют путем измерения поглощения или рассеяния светового потока слоем пыли.

В первой группе приборов оптическую плотность пылевого слоя определяют согласно закону Бугера--Ламберта--Беера: D= ln I0/I = rcl, где

I0 и I--интенсивность соответственно начального и поглощенного световых потоков; k -- коэффициент поглощения; с -- концентрация пыли, накапливаемой на фильтре; l--толщина слоя пыли.

Поскольку при осаждении пыли на фильтр изменяются как ее концентрация с, так и толщина слоя l, то при измерении оптической плотности пылевого слоя можно определить только суммарную величину с1, являющуюся поверхностной концентрацией Спов пыли на фильтре:

Таким образом, между оптической плотностью и поверхностной концентрацией пыли существует линейная зависимость.

Во второй группе приборов измерение оптической плотности пылевого слоя основано на определении интенсивности света, рассеянного поверхностью этого слоя, по формуле

I p = I ф.р W+ I п..р. (1-W),

где I ф.р и I п.р. - интенсивность света, рассеянного соответственно чистым фильтром и пылевым осадком; W-- коэффициент незаполненности поверхности фильтра. При наличии на нем N частиц пыли диаметром d коэффициент незаполненности поверхности фильтра можно представить выражением

Учитывая уравнения (2.24) и (2.25), получим

Проведены экспериментальные исследования зависимости между поверхностной концентрацией пылевого слоя и интенсивностью прошедшего и рассеянного света. Установлено, что первый метод более точный, а второй метод обладает большей чувствительностью и рекомендован для определения малых поверхностных концентраций пыли.

Основной недостаток фотометрического метода связан с тем, что выходной сигнал чувствительного элемента являегся функцией степени черноты и дисперсного состава пылевого слоя.

Люминесцентный метод. Метод предусматривает применение фильтрующей ленты, обработанной определенными флуоресцирующими растворами. Осевшая пыль вызывает тушение флуоресценции. уыли; а и b -- коэффициенты, величина которых зависит кт физических свойств ткани и пыли.

Аэродинамический метод. Метод основан на измерении гидравлического сопротивления слоя пыли, осевшей на фильтрующей ленте. Для этого стабилизируют скорость фильтрации и температуру пробы перед фильтром.

Один из первых приборов, измеряющих массу пыли, осажденной на фильтре аэродинамическим методом, разработан во Франции фирмой «Jouan».

В этом автоматическом приборе запыленный газ через воронку поступает на фильтровальную ленту и после очистки от пыли через цели входит в камеру из которой штуцер отсасывается газодувкой. Слой пыли, осевшей на фильтровальной ленте, вызывает изменение давления в камере измерения, которое измеряется дифманометром и регистрируется вторичным прибором

3.3 Методы контроля концентрации пыли без предварительного ее осаждения

3.3.1 Оптический метод

Системы автоматического управления газоочистных установок могут быть высокоэффективными лишь при условии применения универсальных приборов автоматического непрерывного контроля концентрации пыли (запыленности) .

За последние годы в нашей стране достигнуты большие успехи в создании конструкций пылемеров, отличающихся высокой чувствительностью, точностью и надежностью в работе Пылемеры этой группы не требуют выделения дисперсной фазы В основе их работы лежат оптические электрические и аэродинамические методы измерения запыленности Рассмотрим основные закономерности этих методов

Оптический метод

Он основан на двух принципах измерения запыленности абсорбционном, использующем явление селективного поглощения лучистой энергии в контролируемом потоке, и нефелометрическом, использующем явление рассеяния лучистой энергии на частицах, взвешенных в газе или воздухе.

Оптические пылемеры, разработанные в СССР и за рубежом, имеют две схемы измерения интенсивности излучения: схему непосредственного отсчета и дифференциальную схему.

Первая схема приведена на рис. 2.1.



Схема пылемера непосредственного отсчета

Схемы автоматических пылемеров с оптической компенсацией

а --с одновременным сравнением световых потоков; б--с поочередным сравнением световых потоков

Выходной сигнал усилителя пропорционален фототоку, возникшему в цепи фотоприемника (ФЛ) под действием лучистого потока / I0, прошедшего через запыленный поток (О) от источника излучения (ЛО). Стандартный измерительный прибор (Я) может быть отградуирован в единицах измерения запыленности.

Достоинством пылемеров, работающих на рассмотренной схеме, является простота измерительной части прибора. Основным недостатком является влияние напряжения питания источника излучения (ЛО) на результат измерения.

Дифференциальные схемы рис. 2.2, работающие с оптической компенсацией, нечувствительны к колебаниям напряжения питания. В схеме рис. 2.2, а происходит одновременное сравнение двух световых потоков. Сравнительный поток проходит от источника излучения (ЛО) через эталонный объект (Э), попадает на фоточувствительный элемент (ФЛО, а измерительный -- через запыленный поток на фоточувствительный элемент (ФЛа). Оба фотоэлемента включены в плечи мостовой схемы (ФП1 и ФП2, R1 и R2), питаемой напряжением U. Выход мостовой схемы соединен со входом усилителя; усиленный сигнал подается на реверсивный электродвигатель (РД), который связан с указателем шкалы (Ш) и уравнительным оптическим клином (УО). При равенстве измеряемого и эталонного светового потока мостовая схема сбалансирована и на входе усилителя отсутствует сигнал. При изменении величины контролируемого потока возникает разбаланс мостовой схемы, на входе усилителя появится напряжение полезного сигнала. Усиленное напряжение подается на РД, который начнет вращаться, перемещая УО. При изменении положения УО меняется световой поток сравнительного канала таким образом, что его интенсивность становится равной интенсивности светового потока измерительного канала. В этот момент напряжение на входе усилителя будет равно нулю, реверсивный электродвигатель остановится, а положение стрелки указателя будет соответствовать определенному значению измеряемой величины. Недостатком этой схемы является влияние на результат измерения различия в световых и температурных характеристикам фотоэлемента.

3.3.2 Электрический метод

Этот метод основан на четырех принципах измерения запыленности; контактном, использующем способность пылевых частиц электризоваться в результате трения; зарядно-индукционном, использующем наличие предварительного заряда пыли в зоне коронного разряда с последующим индуцированием его на электроде измерительной камеры; емкостном, использующем явление изменения емкости конденсатора при введении частиц пыли между его пластинами; ионизационном, использующем явление захвата ионов пылевыми частицами. На основе этих принципов разработаны конструкции контактно-электрических, индукционных, электрорадиационных и емкостных пылемеров. Контактно - электрические пылемеры (КЭП). Первым КЭП был прибор «Konitest». Часть потока, отобранная из газохода, закручивается при входе в прибор в направляющем устройстве, так что частицы отбрасываются к стенке электризатора и скользят по некоторой спиральной траектории. В результате действия на частицы центробежных сил обеспечивается контакт частиц с поверхностью электризатора. При ударе частиц пыли о поверхность электризатора слабо связанные ионы наружного слоя освобождаются и входят в область молекулярного притяжения электризатора. При этом происходит разделение заряда, в результате которого электризатор заряжается ионами, отделившимися из наружного слоя заряда частиц пыли. Заряд электризатора измеряют стандартным методом.

Недостатками чувствительного элемента КЭП «Konitest» является то, что, во-первых, величина заряда зависит от физико-химических свойств частиц пыли и материала, из которого выполнен электризатор, дисперсного состава пыли, скорости движения частиц, их температуры и влажности во-вторых, характеристики электризатора изменяются во времени из-за отложения пыли на его поверхности в-третьих, наблюдается сложность получения контакта мелких частиц с поверхностью электризатора

Более совершенная конструкция КЭП: запыленный поток разгоняется в сопле до скоростей 100--150 м/с. Частицы ныли под действием сил инерции попадают на конический металлический зонд, закрепленный на изолированной опоре. Электрический заряд, образующийся на зонде, измеряют и регистрируют стандартным методом.

В СССР разработаны КЭП серии ПК, которые внедрены на предприятиях черной металлургии. В пылемере ПК-4 устранены основные недостатки, присущие КЭП, и он имеет наилучшую техническую характеристику. Электризатор, токосъемный электрод, смесительная камера и эжектор являются основными элементами измерительного блока. Блок монтируют в газоходе так, чтобы его пробоотборное отверстие находилось в представительной по концентрации точке пыле-газового потока. Частицы пыли, засасываемые эжектором из газохода, смешиваются со струями сжатого воздуха, которые истекают из винтовых периферийных сопел. Частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к поверхности электризатора и скользят по ней. Частицы пыли приобретают электрический заряд, который с помощью токосъемного электрода подаются на датчик преобразователь и вторичный прибор.

В приборах серии ПК предусмотрена стабилизация скорости и температуры газо-пылевого потока в зоне контакта и измерения.

Техническая характеристика пылемера ПК-4 следующая:

Интервал измеряемых концентраций, 103 кг/м3 . Погрешность измерения, %	0,05-0,5; 0,5--5; 5--50 +18
Размеры измеряемых частиц пыли, мкм	0,1--200
Допустимые величины пыле-газового потока: Скорость, м/с Температура потока, К Расход сжатого воздуха, мэ/ч .	?<70 ?573 15
Потребляемая мощность, Вт	1000

Зарядно-индукционные пылемеры (ЗИП). Их достоинством является высокая чувствительность (0,1-- 1 мг/м3), так как приобретаемый -частицами заряд на несколько порядков превышает заряды естественного происхождения, и независимо от химического состава одинаковые по размерам частицы приобретают приблизительно одинаковые заряды, пропорциональные их поверхности. Чувствительный элемент ЗИП (рис.2.4.) имеет две камеры: зарядную и измерительную. Зарядная камера представляет собой кварцевую трубку, в которую помещены два электрода, коронирующий электрод (игла) и короткий металлический цилиндр. К электродам зарядной камеры подводят постоянное и импульсное униполярное напряжения. При этом коронный разряд возникает в камере только во время действия униполярных импульсов, а постоянное напряжение предотвращает унос ионов из зарядной камеры.



Зарядно-индукционный пылемер

а -- структурная схема 1 -- зарядная камера, 2 -- измерительная камера; 3 -- усилитель, 4 -- измерительный прибор; 5 -- общий блок питания; 6 -- стабилизатор напряжения; 7 -- воздуходувка; 8 -- блок питания зарядной камеры,

Частицы пыли на выходе из зарядной камеры образуют последовательность пространственно разделенных совокупностей одновременно заряженных частиц, величина заряда которых пропорциональна площади их поверхности. Далее по направлению потока газа в измерительной камере имеется токосъемный электрод (перфорированный цилиндр).

Размеры измерительной камеры были получены путем анализа ее статических характеристик. Анализ экспериментальных статических характеристик показал, что при увеличении отношения длины камеры l к ее радиусу r погрешность метода монотонно убывает и при l/r ? 3 не превышает 5 %.

Для непрерывного контроля и регистрации концентрации пыли в воздухе производственных помещений Львовский завод радиоэлектронной медаппаратуры серийно выпускает ЗИП типа ИКП-1.

Емкостные пылемеры (ЕП). Название пылемера gпредполагает измерение емкости в зависимости от концентрации пыли в газовом потоке, проходящем через конденсатор. Измерение емкости осуществляют, как правило, при помощи резонансных схем или мостов переменного тока с самоуравновешиванием. При разработке датчика ЕП и схемы измерения следует учитывать электрические свойства пыли. Для диэлектрической пыли изменение емкости конденсатора можно определить по формуле: c==Co+ с (z).

Если частица пыли обладает сопротивлением R, то необходимо учитывать диэлектрические потери в частице. В электрическом отношении здесь к измерительному конденсатору параллельно подключен элемент цепи с активным сопротивлением и дополнительным конденсатором.

Полное комплексное сопротивление RАБ равно

Rаб = (1 + jщcR) / {щ [j (Со + с) - щсосR]}.

При щсR<1 уравнение можно представить в виде

Rаб = 1 / [jщ (co+c)] + (Rc2) / (cо + с).

Эквивалентная емкость цепи (со+с) увеличивается за счет дополнительной емкости, обусловленной частицей пыли. При этом увеличивается активное сопротивление на величину: ?R=Rc2/(co+c)2.

При щсR<1 уравнение можно представить в виде

Rаб = 1/(jщco ) + 1/( щ2 co R)/

В этом случае резонансная частота колебательного контура меняется незначительно, а увеличивается в основном активное сопротивление, внося энергетические потери и ухудшая добротность конденсатора.

Таким образом, проводящая пыль меняет частоту и добротность конденсатора, а непроводящая только частоту. Эти свойства лежат в основе ЕП для измерения концентрации проводящей и диэлектрической пыли.

Ионизационные пылемеры (ИП). Ионизационный эффект положен в основу переносного-ИП, созданного в СССР. Проба воздуха проходит ламинарным Потоком через ионизационную камеру, в которой при помощи источника в-частиц создается определенная концентрация ионов. После наложения высокого напряжения к электродам устанавливается некоторый ток ионизации. С увеличением концентрации пыли все большее число ионов будет осаждаться на частицах пыли и тем самым они не примут участие в установлении тока ионизации. При сопоставлении силы электрического тока в запыленном и чистом воздухе можно судить о концентрации пыли.

3.3.3 Акустические пылемеры

Для измерения концентрации пыли при помощи акустических пылемеров необходимо наличие излучателя ультразвуковых колебаний и приемника. Излучатель создает акустическое поле с частотой колебаний от нескольких килогерц до десятков мегагерц. Чем выше частота, тем прямолинейнее распространяются ультразвуковые колебания, поведение которых напоминает световые лучи. При прохождении запыленного потока между излучателем и приемником происходит дополнительное поглощение энергии ультразвукового излучения.

Схема акустического пылемера

1, 10 -- соответственно измерительная и компенсационная кольцевые камеры, 2, 8 -- приемники ультразвука, 3, 7--излучатели ультразвука, 4--блок сравнения 5 -- регистрирующее устройство, 6 -- насос, 9 -- фильтрующая перегородка

Для количественной оценки потери энергии акустического луча введено понятие коэффициента дополнительного поглощения ультразвука к, который равен х=Хт+Хр, где Кт -- коэффициент, характеризующий потери ультразвуковой энергии в акустическом промежутке за счет трения, возникающего при перемещении частиц относительно среды хр -- коэффициент, характеризующий рассеяние ультразвуковой энергии частицами.

В СССР разработана конструкция акустического пылемера (рис.2.5.), датчик которого имеет измерительную и компенсационную камеры. При включении насоса через компенсационную камеру просасывается газ, очищенный фильтрующей перегородкой. Излучатели ультразвука одновременно посылают импульсы в измерительную и компенсационную камеры Ультразвук от излучателя 3, многократно отразившись от стенок камеры 10 и, потеряв часть энергии в очищенном газовом потоке, попадает на приемник 2 Ультразвук от излучателя 7 после неоднократного отражения от стенок газохода попадает на приемник 8 Сигнал рассогласования блока сравнения выходных величин приемников 3 и 7 будет пропорционален усредненному значению концентрации пыли в газовом потоке

Существенным недостатком пылемера являются зависимость его показаний от дисперсного состава пыли и большая стоимость частотных генераторов.

Глава IV. Патентный обзор

В настоящее время научно-производственные объединения занимаются разработкой промышленных пылемеров.

Приведем примеры современных пылемеров.

Так, появление микропроцессорной техники существенно изменило подход к проблеме управления системами газоочистки. Возможность обработки сигналов с датчиков по сложным адаптивным алгоритмам позволяет повысить качество улавливания пыли при меньших энергетических затратах. Разработанная НТК "ИНТЕКС" аппаратура управления МПРН-3 дает следующие преимущества перед существующими промышленными системами:

· Уменьшение выбросов пыли (до 50%).

· Снижение потребляемой мощности (до 20%).

· Увеличение процента возврата сырья в производство

· Повышение надежности работы системы

· Возможность объективного оперативного контроля запыленности выходных газов.

Особенности аппаратуры МПРН-3:

· Цифровая обработка сигналов датчиков тока и напряжения фильтра

· Адаптивные алгоритмы регулирования

· Возможность дистанционного управления и передачи информации о состоянии работы на головную управляющую ЭВМ по последовательному каналу.

· Возможность включения в систему оптического пылемера

· Возможность подключения к большинству используемых в промышленности агрегатов электропитания.

Микропроцессорная обработка сигналов с датчиков тока и напряжения обеспечивает надежную защиту оборудования:

· От превышения импульсного тока выше установленного порога

· От короткого замыкания в нагрузке

· От превышения среднего тока выше установленного порога

· От превышения напряжения холостого хода

· От однополупериодного выпрямления

· От перегрева трансформатора и тиристоров.

Универсальный пылетеплогазоуловитель (УПТГУ)

Описание и цели проекта. Удаление пыли и тепла отходящих газов с температурой до 500о С и запыленностью до 30 г/м3 на предприятиях стройиндустрии, металлургической и химической промышленности и др. для охраны окружающей среды.

Основные преимущества. Его применение позволяет улавливать вредные газы (оксиды азота, серы и др.), запахи и тепло отходящих газов (с температурой до 500о С, с запыленностью 25-30 г/м3), обеспечивает снижение температуры отходящих газов до 120-150о С при эффективности пылеочистки до 95-98 % (в зависимости от дисперсного состава пыли), газовой нагрузке 700-1800 м3/ м2 час и гидравлическом сопротивлении 800-1500 Па.

Технико-экономические показатели:

· Производительность по очищаемому газу до 30000 м3/час

· Концентрация пыли на входе до 30 г/м3

· Концентрация пыли на выходе 0,15 мг/м3

· Степень очистки на жалюзийно-зернистом устройстве 98,2 %

· Степень очистки на пористоспеченном фильтре 99 %

Пылеулавливающие аппараты с механической очисткой фильтрующего материала, требующие периодическое отключение на время очистки.

Применимы для улавливания сухой неслипающейся пыли при ее незначительной концентрации в очищаемом газе.

Пылеулавливающие аппараты непрерывного действия с пневматической очисткой фильтрующего материала.

Применимы для улавливания любых видов пыли в случаях, когда необходима непрерывная круглосуточная работа пылеулавливающего оборудования.

INFA-JETRON Рукавный фильтр

· Производительность: < 5.000 м3/ч

· Запыленность газа на входе < 10 г/м3

· Запыленность газа на выходе < 1 мг/м3

· Улавливание сухой неслипающейся пыли

· Рабочая температура < 80 °C

INFA-VARIO-JET Рукавный фильтр

· Производительность: < 3.000 м3/ч

· Запыленность газа на входе < 10 г/м3

· Запыленность газа на выходе < 1 мг/м3

· Улавливание сухой неслипающейся пыли

· Рабочая температура < 80 °C

INFA-MINI-JET Рукавный фильтр

Производительность: < 3.000 м3/ч

Запыленность газа на входе < 30 г/м3

Запыленность газа на выходе < 5 мг/м3

Для любых видов пыли

Рабочая температура < 260 °C

INFA-LAMELLEN-JET

Фильтр со специальными фильтрующими элементами

· Производительность: < 20.000 м3/ч

· Запыленность газа на входе < 10 г/м3

· Запыленность газа на выходе < 0.1 мг/м3

· Улавливание сухой неслипающейся пыли

· Рабочая температура < 80 °C

INFA-MICRON

Кассетный фильтр

· Производительность: от 600 до 20.000 м?/ч

· Запыленность газа на входе < 1 г/м3

· Запыленность газа на выходе < 0.001 мг/м3

· Улавливание сухой неслипающейся пыли, токсичных и вредных материалов, а также для создания "чистых комнат" в электронной фармацевтической и ядерной промышленности

· Рабочая температура < 110 °C

Основные технические характеристики

Диапазоны измерений:
температуры газа с погрешностью не более ± 2,5° С	Сот 0 до 500
избыточного давления с погрешностью не более 2,5%	20 до 20 кПаот
скорости газа в газоходе с погрешностью не более ± (0,3+0,01ґ V) м/с где V - измеряемая скорость, м/с	от 4 до 35 м/с
относительной влажности в газоходе при температуре от +20 до +80° С с погрешностью ± 10%	от 0 до 100%
объемного расхода газа с погрешностью не более ± 10%	0,05…1500 м3/с
объема пробы с погрешностью не более ± 5% при расходе газа через тракт отбора пробы 3…15 л/мин	3…1500 л
массовой концентрации пыли с погрешностью не более ± 10%	от 0,01 до 100 г/м3
Габаритные размеры	400x320x200 мм
Масса	9 кг

КОМПЛЕКТ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОПЫЛЕВЫХ ПОТОКОВ КИТОЙ-2

Автоматизированный прибор для измерения температуры, влажности, скорости, объемного расхода и запыленности технологических газов.

Встроенная микро-ЭВМ осуществляет оперативный контроль параметров изокинетического пробоотбора пыли и рассчитывает среднюю скорость, расход и запыленность в газоходе в режиме on-line с учетом влажности газа в газоходе. Уточненное значение концентрации определяется как отношение массы пыли, отобранной на фильтр к объему газа, прошедшего через фильтр.

Полная автоматизация измерений и расчетов.

Алфавитно-цифровой дисплей на 16 знакомест и блок памяти типа “записная книжка” с автономным питанием. Может использоваться в режиме программируемого калькулятора.

Имеет возможность информационной связи с ПЭВМ.

Комплектуется платиновым термометром сопротивления, а также пневмометрическими и пылезаборными трубками различной длины и набором алонжей.

Заключение

Таким образом, в настоящее время в связи с высоким развитием металлургической промышленности существует огромная потребность в разработке методов и приборов контроля запыленности отходящих газов металлургических агрегатов.

На сегодняшний день в металлургической промышленности используются методы контроля концентрации пыли 1) с предварительным выделением дисперсной фазы аэрозоля из среды; 2) без выделения дисперсной фазы

Способы определения ДСП металлургического производства по физическим принципам: механические методы (рассев); седиментометрические методы (накопление осадка, отбор весовых проб, электрофотометрия); гидродинамические методы (воздушная сепарация в вертикальных сосудах, сепарация в центробежных аппаратах с вращающимся ротором или в циклонниках, сепарация в струйных аппаратах, т е. импакторах); оптические методы (оптическая микроскопия, электронная микроскопия, импульсная нефелометрия; кондуктометрический метод.

На наш взгляд, наиболее перспективными являются пылеулавливающие аппараты непрерывного действия с пневматической очисткой фильтрующего материала.

Список литературы

1. Булинцева А.А. Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. - М.: Недгаз 1961 г.

2. Глебов Ю.Д. Контроль и автоматическое управление газоочистными установками. - М.: Металлургия, 1982.

3. Серов Ю. В. Метрологическое обеспечение технологических процессов черной металлургии (метрология и информатика). Справочник. В 2 кн. - М.: Металлургия, 1993.

4. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. - М.: «Металлургия», 1977 г.

Размещено на Allbest.ru