Способ измерения расхода окиси углерода в отходящих газах

 

Изобретение относится к металлургическому производству, конкретно к техническим решениям контроля и регулирования, связанным с тепловыми процессами, происходящими в печах, и предназначено для измерения расхода окиси углерода в отходящих газах. Целью изобретения является повышение оперативности и точности измерения. Для достижения поставленной цели по способу в измерительный участок вводят необходимое для полного выгорания CO количество O<SB POS="POST">2</SB> в составе воздуха, измеряют температуру на входе и выходе T<SB POS="POST">вх</SB>. , T<SB POS="POST">вых</SB>. измерительного участка и сравнивают эти значения, измеряют также расход и температуру подаваемого для дожигания CO воздуха, далее поддерживают равенство температур T<SB POS="POST">вх</SB>. и T<SB POS="POST">вых</SB>. воздействием на исполнительный механизм клапана подачи воздуха и с учетом удельных теплоемкости воздуха и теплотворной способности в реакции с кислородом воздуха окиси углерода определяют значение расхода CO. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ AEHT СССР! (21) 4348144/23-02 (22) 30.12.87 (46) 07.11.89. Бюл. М 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт систем автоматизации и управления (72) Ю.О.Сургучев и С.С.Политковский (53) 681.121.832(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1,176224, кл. G 01 N 25/32, 1983, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ОКИСИ

УГЛЕРОДА В ОТХОДЯЩИХ ГАЗАХ (57) Изобретение относится к металлургическому производству, конкретно к техническим решениям контроля и регулирования, связанным с тепловыми процессами, происходящими в пе.чах, и предназначено для измерения расхода окиси углерода в отходящих

Изобретение относится к металлургическому производству, конкретнее, к техническим решениям контроля и регулирования, связанным с тепловыми процессами, происходящими в печах.

Целью изобретения является повышение оперативности и точности.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый спо" соб.

Устройство содержит печь 1, газоход 2 отходящих из печи газов, измерительный участок 3 газохода, датчик

4 температуры отходящих газов на входе измерительного участка 3, датчик 5 температуры отходящих газов на выходе измерительного участка 3, исполнительный механизм 6 клапана 7 труÄÄSUÄÄ 1520343 А 1 (51)4 G 01 F 1/68, G 01 N 25/32, с 2! С 5/30, 5/52

2 газах. Целью изобретения является повышение оперативности и точности измерения. Для достижения поставленной цели по способу в измерительный участок вводят необходимое для полного выгорания СО количество 0 в составе воздуха, измеряют температуру на входе и выходе Т „, Т „„ измерительного участка и сравнивают эти значения, измеряют также расход и температуру подаваемого для дожигания С0 воздуха, далее поддерживают равенство температур Т „ и T „„ воздействием на исполнительный механизм клапана подачи воздуха и с учетом удельных теплоемкости воздуха и теплотворной способности в реакции с кислородом воздуха окиси углерода определяют значение расхода СО. 1 ил. бопровода подачи воздуха, датчик 8 температуры подаваемого воздуха, датчик 9 расхода воздуха, блок 10 вычисления расхода СО в отходящих газах, регулятор 1! оасхода воздуха и показывающий прибор 12.

Устройство работает следующим образом.

На вход регулятора 11 подаются сигналы с датчиков 4 и 5 температуры

Т „- и Т„,„на входе и выходе измерительного участка 3. Выход регулятора 11 поддерживает равенство температур Тs„ T„ „ причем при превышении Т,„„ над Т „ oH увеличивает расход воздуха, открывая клапан 7. Блок 16 вычисления, на входы которого подаются сигналы датчиков 8, 152О343

5 и 9 температуры Т ратуры Т„,„газов и духа, производит расч хода (. „ B отходящих е -о на показывающий и

Расчет производят воздуха, темперасхода С в возет значения расгазах и подает рибор 12, по формуле

С..С, + С Св

Сс + Св

6 С

Гв = где С,, Со, P — соответственно расход, удельная теп" лоемкость, тепловая мощность смеси воздуха и отходящих га- >> зов;

С Р - те же параметры для в в воздуха;

С в(Т выл Тв)

С

co C 59 со где С, и С в - постоянные вычисления, 10 характеризующие удельные теплотворную спо собность СО и теплоемкость воздуха, значения которых заданы 15 в блоке 10, так как ручное задание какихлибо величин предполагает структура блоков вычисления. 20

Данные параметры могут быть заданы и с пульта оператора (не показан), Устройство реализует способ определения расхода СО в отходящих из печи 1 rasa, который основывается на описанной тепловой модели процесса горения СО при подаче s измерительный участок 3 воздуха, Иодель рассматривает процесс как механическое смешение газов, отходя- ЗО щих из печи, с подаваемым воздухом.

При этом расход (массовый) смеси оказывается равным сумме расходов воздуха и отходящих газов, тепловая мощность смеси оказывается равной сумме тепловых мощностей подаваемого воздуха, отходящих газов и тепловой мощности, выделившейся при их смешении, которая равна тепловой мощности сгорания СО, а удельная теплоемкость 40 смеси оказывается равной средневзвешенной от удельных теплоемкостей воздуха и отходящих газов.

Математически модель описывается следующими выражениями:

ciã+ гВ

С, С, Р— те же параметры для отходящих газов.

Как видно из приведенного описания модели, ее упрощение по сравнению с реальным процессом заключается в пренебрежении отклонением удельной теплоемкости, образовавшейся в результате химической реакции СО и Ог смеси от принятой средневзвешенной (т.е. пренебрежением изменения химического состава смеси). Принятое упрощение правомочно ввиду того, что в реакции участвует лишь относительно небольшая часть компонентов и в результате реакции их удельная теплоемкость изменяется незначительно. Энергия же, выделяемая в реакции горения СО, значительна и оказывает большое влияние на состояние смеси, поэтому учитывается моделью.

Приведенный оценочный расчет погрешности модели подтверждает сделанные выводы.

Выделяют из состава газов только те, которые принимают участие в химической реакции и вызывают отклонение модели от реального процесса.

Находят погрешность в определении теплоемкости этой составляющей газов в газоходе.

Удельная темплоемкость СО 0,25, О 0,22 ккал/град ° кг.

В соответствии с химической реакцией

2СО + 0 = 2СО + 135,2 ккал и молекулярными весами имеют, что в реакции на 32 г кислорода приходится

28 г СО.

Согласно принятому в модели допущению удельная теплоемкость механической смеси соответствующих коли, честв СО и 0i имеет значение С

0,234 ккал/град -кг.

В реальном процессе получающаяся двуокись углерода имеет теплоемкость

C св - 0,194 ккал/град кг.

Погрешность $ = 20 .

Для упрощения дальнейшей оценки погрешности принимают "худший" случай, когда весь СО, содержащийся в газах газохода, образуется в результате сгорания СО в подаваемом воздухе.

Известно, что содержание СО до" стигает 203 от всех газов газохода, имеющих среднюю теплоемкость

0,3 ккал/кг град.

5 1520343

Исходя из теплоемкостей СО> и газов в целом и процентного содержания

СО в газах, можно приблизительно принять, что газ СО íà 153 определяет теплоемкость всего отходящего газа в целом.

Тогда можно считать, что погрешность принятой модели равна

15а. 10

1003

Оценка погрешности показывает, что модель вполне пригодная для практического использования.

По способу процесс горения СО в подающемся в измерительный участок 3 воздухе происходит при поддержании температур Т „„ на выходе измери" тельного участка 3, равной температуре Тв„ на его входе. С точки зрения приведенной модели можно сделать вывод, что вся энергия, выделившаяся в результате горения СО, за трачивается на нагрев поступающего воздуха до температуры в измерительном участке

3, так как температура отходящих газов не меняется. Кроме того, можно сделать вывод о том, что весь СО отходящих. газов участвует в горении, так как воздуха (кислорода воздуха) подается с избытком. R ином случае, если имеется недостаток воздуха (т.е. весь его кислород участвует в реакции с СО), расчет показывает, что выделяющейся тепловой энергии доста- 35 точно, чтобы разогреть воздух до температуры около 4000 С. Следовательно, в этом случае температура на выходе измерительного участка, оказались бы выше температуры на его входе. Избы" 40 точный воздух необходим, чтобы поддерживать равенство температур Т „ и Т „д на входе и выходе измерительного участка 3.

Таким образом, зная начальную и 45 конечную температуру Т„ Т, (Тв„„) подаваемого воздуха, его расход С и теплоемкость С, можно узнать тепловую мощность, выделяющуюся в реак" ции горения СО в измерительном участ" 50 ке 3. Но тогда, исходя из химического уравнения этой реакции, с учетом того, что в ней участвует весь СО отходящих газов,, легко определить расход СО отходящих газов, легко оп- 55 ределить расход СО в отходящих газах:

2CO + 0,0 2СО + 135,2 ккал;

ЙГв (: СО со где à — ра сход (массовый) С в, г р/с д Гв = С д С в(Т r Те) т ккал/с

Т,(Т „„)- температура на выходе измерительного участка, град;

ТЬ - температура подаваемого воздуха, град;

С вЂ” удельная теплотворная спосо собность СО, ккал/г;

Св - удельная теплоемкость воздуха, ккал/г град„

С в - расход воздуха, г/с.

Удельная теплотворная способность

С со = 4,8 ккал/rp.

О конча тель но для определения С

G (т,— Т,)

C г в co С в со

Та ким образом. способ поз валяет оперативно и точно произвести определение содержания СО в отходящих газах за счет упрощения решения задачи и отсутствия технических средств, производящих контроль с ошибкой (га- эоанализа горы, экстремальные регуляторы), а также улучшения эксплуатационных характеристик конструкций данного назначения за счет снижения требований к ним при изготовлении в связи с возможностью проведения реакций дожигания СО на пониженных температурах.

Формула изобретения

Способ измерения расхода окиси углерода в отходящих газах, включающий подачу в измерительный участок необходимого для полного выгорания окиси углерода количества кислорода в составе воздуха, измерение температур Т и Тв„„ отходящих газов на входе и выходе измерительного участка и сравнении значений Т,.„ и

Т д, измерение расхода Св и темпедух под дожигания окиси у -лерода, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения оперативности и точности, дополнительно поддерживают равенство температур Т „ и Т „,„ путем измерения подачи воздуха для полного выгорания углерода в окиси углерода и с учетом удельной теплоемкости воздуха и теплотворной способности в реакции с кислородом воздуха окиси углерода определяют значения расхода окиси углерода.

1520343

Составитель А, Абросимов

Редактор М.Бланар Техред М.Ходанич Корректор T.Ïàëèé

ФМ

Заказ 6745/41 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101