Способ измерения локальной скорости среды в газовоздушном тракте котельного агрегата

 

Разработан способ измерения локальной скорости среды в газовоздушном тракте котельного агрегата ТЭС. Способ позволяет осуществить непрерывное прямое измерение расхода дымовых газов в газоходах котельных агрегатов и валовых выбросов загрязняющих веществ (летучей золы, окислов серы, азота и др.) в атмосферу. Измерение осуществляется с помощью термоанемометрических датчиков скорости запыленного газа , отградуированных в воздушном потоке комнатной температуры на существующих метрологически аттестованных стендовых установках . Предложенный способ позволяет устранить влияние на результат измерения температуры, влагосодержания, теплофизических характеристик дымовых газов ТЭС и коэффициента избытка воздуха в них. 1 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1746119 А1 (19) (11) (s1)s F 22 В 37/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4717866/06 (22) 13.07.89 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им. Ф.Э.Дзержинского (72) В.Б.Эткин и M.ß.Мотро (53) 621.182.26(088,8) (56) Стандарт СЭВ 5882-87. Оборудование пылеулавливающее. Методы измерения параметров, М., 1987, с. 5.

Авторское свидетельство СССР

N. 773497, кл. G 01 P 5/12, 1975, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ

СКОРОСТИ СРЕДЫ В ГАЗОВОЗДУШНОМ

ТРАКТЕ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Изобретение относится к способам определения или подачи сигнала об условиях работы паровых котлов и может быть ис.пользовано в энергетике для измерения расхода дымовых газов в гаэоходах котлоагрегатов в системах непрерывного дистанци.. онного контроля валовых выбросов загрязняющих. веществ в атмосферу с дымовыйи газами тепловых электростанций (ТЭС); при исследовании газодинамических и теплообменных процессов, в которых дымовые газы котла являются рабочим телом, и т.д, Задачей изобретения является разработка способа непрерывного измерения на

ТЭС локальной массовой скорости дымовых газов, содержащих твердую пылевзвесь и характеризующихся непостоянством темпе(57) Разработан способ измерения локальной скорости среды в газовоздушном тракте котельного агрегата ТЭС. Способ позволяет осуществить непрерывное прямое измерение расхода дымовых газов в газоходах котельных агрегатов и валовых выбросов загрязняющих веществ (летучей эолы, окислов серы, азота и др.) в атмосферу. Измерение осуществляется с помощью термоанемометрических датчиков скорости запыленного газа, отградуированных в воздушном потоке комнатной температуры на существующих метрологически аттестованных стендовых установках. Предложенный способ позволяет устранить влияние на результат измерения температуры, влагосодержания, теплофизических характеристик дымовых газов ТЭС и коэффициента избытка воздуха в них; 1 ил.. (/) ратуры и состава в процессе эксплуатации котлоагрегата.

Известен способ измерения локальной скорости газа с помощью пневматических трубок, например трубок Прандтля.

Недостатком трубок Прандтля является невозможность их применения для предложенного непрерывного измерения скорости дымовых газов. Пне мометрические трубки забиваются и изнашиваются пылевзвесью, что приводит к изменению их метрологических характеристик, ухудшению показателей надежности. На показания пневмометриче- ских трубок влияю г температура, давление и, состав дымовых газов, изменяющие их массовую плотность.

Чувствительность пневмометрических трубок резко снижается при уменьшении скорости контролируемой среды.

1746119

Наиболее близким по технической сущИ/= В ности и достигаемому эффекту к предлагае(ь T)ðàь мому способу является способ измерения окальной скорости среды в газовоздушном где р )- массовая скорость дымового газа тРакте котельного агРегата пУтем Регистра- 5 в очке измерения. ции сигнала датчика термоанемометра, по(ЛТ)р б — выходной сигнал датчика термещенного е заданную о у тракта. Такой моанемометра; датчик представляет собой продольно обтеВ, n — коэффициенты, определяемые из каемый потоком среды трубчатый теплопе- условия наилучшей аппроксимации зкспередающий элемент (T3), обогреваемый 10 риментальных данных, полученных при грастабилизированным источником тепла. дуировке датчика термоанемометра в

Принцип работы датчика основан на законе воздушном потоке при комнатной темперавынужденной конвективной теплоотдачи от туре; К вЂ” коэффициент, учит вающий влия-.

ТЭ к потоку омывающего его газа. О ние на выходной сигнал датчика массовой скорости газа судят по разности 15 термоанемометра температуры, состава, емператур ТЭ v потока, иэмеРЯемой теРмо- влагосодержания дымовых газов и коэффипарами. циента избытка воздуха в них.

Градуировка термоанемометрических

Способ поясняется чертежом, на котодатчиков ОСУществлЯетсЯ на известных а Ром схематически изображен один из варитестованныхустановках(аэродинамических 20 антов датчика термоанемометра для трубах) в воздушном потоке комнатной тем- измерения скорости запыленного газа, пературы Это дает возможность применять датчик термоанемометра содержит датчики для измерения скорости воздуха. трубчатый корпус 1, снабженный конфузорОднако в настоЯщее вРемЯ отсУтствУет воз- ным входным насадком 2. Внутри корпуса 1 можность градуировки таких датчиков в сре- 25 помещены две идентичные тонкостенные ходно с нал металлические втулки: необогреваемая 3 и теРмоанемометРических дат"иков влиЯЮТ. Обогреваемая 4 нагревателем 5, ТемператутемпеРатуРа и состав дымовых газов, опРе- ра этих втулок измеряется спая 6 и 7 делЯющиа иХ теплофизические хаРактеРи- дифференциальной термопары. Втулки 3 и 4 стики, Особенно сильное влияние на 30 отделены друготдругатеплоизолятором8, теплообмен датчика с измеряемой средой образующим вместе с втулками гидродинаоказываюттемпература и влагосодержание мически гладкую внутреннюю поверхность дымовых газов ТЭС, Существенно влияет на выходной сигнал датчика также коэффици-: О скорости газа судят по разности темент избытка воздуха в дымовых газах котло- 35 ператур измеряемой ер опароА (6 v 7) агрегата, Датчик имеет хорошую чувствительность при малых скоростях потока. Вследствие явЦель изобретения — повышение точно- пения термофореза твердые частицы. Сости измерения скорости дымовых газов и держащиеся вдымовом газе, не оседают на расширение области применения термо- 40 нагретых чувствительных. элементах датчианемометрических датчиков на участках ra- ка и его характеристика сохраняется неиззовоздушного тракта котлоагрегата, по менной. Стеснение и турбулизация которым протекает дымовой газ. пограничного слоя острыми кромками конУказаннаЯ цель достигаетсЯ тем, что фузорного насадка 2 обеспечивают независпособе измеРениЯ локальной скорости 45 симость выходного сигнала датчика от среды в газовоздушном тракте K0Tenbharo интенсивности турбулентных пульсаций агрегата путем РегистРации сигнала датчи- среды. Это позволяет распространить река термоанемометра, помещенного в задан- зультаты, полученные при градуировке датную точку тракта, и стабилизации питания чиков на стендовых установках в потоке датчика, дополнительно измеРяют темпеРа- 50 низкой турбулентности, на промышленные

УРУ омывающего теРмоанемометРа д условия измерения, где урбулентностьсревого газа и коэффициент избытка воздУха ды в газоходах ТЭС может различаться в в нем, по измеренным паРаметрам корректируют регистрируемый выходной сигнал для ка ого градуировочного опыта опдатчика термоанемометра с учетом тепло- 55 ределяется массовая скорость воздуха физических свойств дымовых газов средне- М/,„, выходной сигнал датчика термоанго состава и объемной доли водЯных паРов мометра дТ„,, переведенный „a милливольт в градусы Цельсия и температура Т ют по формуле при этом Т используется как для опреде1746119

10

20

ЗО

Nu = С Re" Рг

50

LAT (2) получим

ЛТ—

С И Рг (/70/() I ления рМ/грь так и hTrpl, а также средней по всем опытам температуры воздуха Trp.cp u коэффициента Kerpl, учитывающего отличие температуры воздуха Т р в каждом градуировочном опыте от средней температуры по всем опытам Trp.cp. Для определения KBlpl используется также значение и — показателя степени в уравнении рЩгр! = Ы(Trpb ), описывающем работу термоанемометра в воздушном потоке комнатной температуры.

Указанное уравнение получено в первом приближении с погрешностью, вызванной

РаЗЛИЧИЕМ тЕМПЕРатУР Лтгр! В ГРаДУИРОВОЧ-. ных опытах, что приводит к отклонению выходных сигналов ЬТгрЕ термоанемометрического датчика в этих опытах, В связи с этим для каждого опыта определяется уточненное, приведенное к средней температуре Тгр.ср значение ATrpl по значениям ATrpi с поправкой на Ка рь Наконец, по значениям

pWrpi и Лир определяются уточненные значения коэффициентов В, и уравнения, описывающего работу термоанемометрического датчика в воздушном потоке при температуре воздуха Trp.cp В рассмотренной части системы контроля валовых выбросов загрязняющих веществ с дымовыми газами

ТЭС используются сигналы, полученные при градуировке датчиков на воздухе, Из рассмотрения видны взаимное влияние этих сигналов и обратные связи в системе контроля, уменьшающие это влияние.

С использованием полученных значений коэффициентов В, п производится расчет коэффициентов /31, jb, Pa и коэффициента Kr, учитывающего влияние теплофизических характеристик дымовых газов среднего состава на градуировочную характеристику термоанемометрического датчика, отградуированного в воздушном потоке.

При расчете коэффициента Кг учитываются также. значения средней температуры градуировки Trp.ср, влагосодержания Y и температуры дымового газа в рабочих условиях, измеряемой термоприемником, например, термопарой (Ересь), Эти же параметры, а также значение коэффициента Рз используются для вычисления коэффициента К>, учитывающего влияние рабочей температуры дымовых газов на теплофизи-. ческие характеристики воздуха, попадающего в газоход котла вследствие присосов.

Коэффициент избытка воздуха а определяется, например, по значению измеренной кислородомвром концентрации 02 в зоне гаэохода, где установлен датчик термоанемометра, отградуированный на стенде в воздушном потоке, По значениям а, Кг, Кв определяют коэффициент К, учитывающий влияние температуры, теплофизических характеристик дымового газа среднего состава и коэффициента избытка воздуха в газоходе на показания датчика термоанемометра. Выходной сигнал датчика ЛТр,r, в градусах Цельсия определяют по его выходному сигналу Ь Ер,б, мВ, и температуре дымового газа Тр в. Наконец, по значениям

ЬТр ь, К, В, и находят массовую скорость рИ/ркиб дымового газа в газоходе. При известной площади поперечного сечения газохода по массовой скорости p Wp>g газа и измеренному значению концентрации р загрязняющего вещества определяют валовой выброс этого вещества за контрольный промежуток времени т. Таким образом, путем введения компенсации по температуре дымового газа и коэффициенту избытка воздуха в них появляется воэможность создания системы контроля для прямого измерения валового выброса загрязняющих веществ с дымовыми газами ТЭС с помощью термоанемометрического датчика скорости дымового газа, отгрэдуированного в воздушном потоке комнатной температуры.

При невысокой температуре газового потока, когда можно пренебречь тепловым излучением, процесс конвективного переноса тепла от теплопередающего элемента термоанемометрического датчика, описывается критериальным уравнением теплоотдачи

Nu, Re, Pr — критерии подобия Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля, рассчитываемые по параметрам измеряемого потока и определяющему размеру I датчика, С, п, m — величины постоянные для конкретного измерительного устройства при неизменном характере течения у теплопередающей поверхности.

Раскрыв в уравнении (1) критерии подобия и учитывал, что коэффициент теплоотдачи а от теплопередающего элемента к потоку равен где N — мощность электрического нагревателя датчика термоанемометра;

1746119 от, ор щ

prp зураб Ргр,б (4) Л = о — (M =(Mo э0(Я8,в>

xТ (10) Рг = Pro (5)

В4 4. (вф

Х To Tpa6 . Trp

L — поверхность теплопередающего элемента, омываемая потоком, A T = (Тэ - Тл)— измеряемый датчиком температурный напор, равный разности температур теплопередающего элемента и потока;

il,„и,p — коэффициенты теплопроводности, динамической вязкости и плотность измеряемой среды.

Сравнивая температурный напор от датчика при измерении им потока дымовых газов АТра6 и воздушного потока комнат ной температуры на градуировочной установке ATrp при одинаковой скорости потока

pW, получим

Используя степенные температурные зависимости по отношению к справочным значениям для коэффициентов теплопереноса вида где Т вЂ” температура контролируемой среды, индексом "0" — обозначены "нормальные условия можно записать

К ц) оа6 Р го. Х

ГДЕ ф1 П11раб — Гэ"11Гр+П(П1 гр"П12раб) +П1((т13раб m3rp)l ф2= ПП12 раб mlpаб - mm3pa6r, фЗ = Пэ1гр + mm3rp -(lm2rp.

Согласно справочным данным для воздуха, являющегося рабочей средой при градуировке датчиков, Я.„=2,4З 102Вт (м );

porp = 1,72 10- Па с; Prorp = 0,7;

m1rp = Q,82; гл2гр = 0,683; m3rp = -0,05.

Для дымовых газов среднего состава (объемная концентрация водяных паров гн2о = 117,, коэффициент избытка врздуха а= 1) согласно литературным данным

Lpa6=2,28 10 Вт/(м к);

pораб = 1,58 .10 Па с;

Pt"oðà6 = 0,74; m1paá =. 1,015;

m2pa6 = 0,78; m3pa6 = -0,179.

Концентрация водяных паров в дымовых газах электростанций может составлять (5 — 20) Влияние влагосодержания на теплофизические характеристики дымовых га5 зов среднего состава в диапазоне температур 20 — 180 С может быть учтено зависимостями кот = (2орое + 8,98 10 "), (7) 10 (roy = (иерее . 1,128 10 ); (8)

Prот = fProð84+ 4,81 10 ), (9) где Y — относительное влагосодержание дымовых газов, ;

t — температура потока, ОС.При отличии

20 влагосодержания дымовых газов от 11 (, в фОрМуЛу (6) ВМЕСТО зураб;,и ораб; 9араб СЛЕдует подставить Яоу,,иоу, Proy, Получим

28 Кэ = -- — ф"-) (— к) тк

На практике в газоходах котельных агрегатов, находящихся под разрежением., вследствие присосов воздуха, коэффициент избытка воздуха составляет 1< а < 1,8, Тогда значение коэффициента К, учитыЗ5 вающего влияния на выходной сигнал датчика температуры, среднего состава газов, влагосодержания и коэффициента избытка воздуха, определяется по формуле

40 . К = — (К2 + Ка (a — 1)), 1

33

r4e Ко = — 9 — = — 9-) -коэффициент, ЬТ абв Тг, Л Тгр Траб в полученный из выражения (6) для случая, когда рабочей средой является воздух, а не дымовые газы.

Градуировка термоанемометрических датчиков производится на газодинамиче50 ской установке в воздушном, потоке комнатной температуры. Кривая, аппроксимирующаяя экспериментальные точки (Ь Т) p-QW)rp, являющаяся градуировочной характеристикой датчика, описывается зависимо55 стью (P Nl),p =

В (12)где (A harp коэффициенты В и и = — определяются из и

1746119

5

Ф %Раб=В AT (13) 15

20 (14) условия наилучшей аппроксимации экспериментальных данных; размерность коэфкг град" фициента В— (М2 с}

B результате пересчета градуировочной характеристики датчика на рабочие условия его эксплуатации в газоходе котельного агрегата электростанции зависимость (12) преобразуется в рабочую характеристику датчика где ATрдб выходной сигнал.термоанемометра, установленного в газоходе котла; К— коэффициент, вычисленнь|й по формуле (И) для средних значений температуры, влажности, состава дымовых газов, протекающих в газоходе котла, и коэффициента избытка воздуха в них. При незначительном отклонении параметров потока от средних значений по зависимости (13) может быть построена шкала вторичного прибора термоанемометра.

В том случае, если в процессе эксплуатации значения температуры, влажности дымовых газов среднего состава и коэффициента избытка воздуха в них не сохраняются. стабильными, по формуле (11) должна быть выполнена автоматическая компенсация влияния указанных величин, Предложенный способ позволяет осу.ществить непрерывное дистанционное измерение валового выброса M загрязняющего вещества с дымовыми газа. ми котельного агрегата где v — концентрация загрязняющего вещества в единице массы дымовых газов;

F — площадь поперечного сечения измерительного участка газохода, в котором ус.тановлен датчик термоанемометра; (— коэффициент, учитывающий неравkoMGpHocTb поля скоростей газа на измерительном участке газохода;

t — промежуток времени, в течение которого измеряется валовый выброс загрязняющего вещества.

Предложенный способ измерения ло. кальной скорости среды в газовоздушном . тракте котельного агрегата ТЭС позволяет

55 осуществить непрерывное прямое измерение расхода дымовых газов в газоходах котельных агрегатов и валовых выбросов в атмосферу загрязняющих веществ. содержащихся в дымовых газах (летучей золы, окислов азота и серы и др), При этом появляется возможность осуществить градуировку датчиков скорости в воздушном потоке комнатной температуры на известных аттестованных метрологически стендовых установках (аэродинамических трубах), а также устранить влияние на результат измерения температуры, влагосодержания, теплофизических характеристик дымовых газов ТЗС и коэффициента избытка воздуха в них.

Формула изобретен ия

Способ измерения локальной скорости среды в газовоздушном тракте котельного агрегата путем регистрации сигнала датчика термоанемометра, помещенного в заданную точку тракта, и стабилизации питания датчика, выходной сигнал которого пропорционален разности температур датчика и омывающЕй его среды, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений скорости дымовых газов и расширения области использования датчиков термоанемометра на участках газовоздушного тракта котлоагрегата, по которым протекает дымовой газ, дополнительно измеряют температуру омывающего датчик термоанемометра дымового газа и коэффициент избытка воздуха в нем, по измеренным параметрам корректируют регистрируемый выходной сигнал датчика термоанемометра с учетом теплофизических свойств дымовых газов среднего состава и объемной доли водяных паров в них, а локальную скорость среды вычисляют по формуле рЯ=В где р W — массовая скорость дымового газа в точке измерения; (AT)p>6 — выходной сигнал датчика термоанемометра; В, п — коэффициенты, определенные из условия наилучшей аппроксимации экспериментальных данных, полученных при градуировке датчика термоанемометра в воздушном потоке при комнатной температуре; К вЂ” коэффициент, учитывающий влияние на выходной сигнал датчика термоанемометра температуры, состава, влагосодержания дымовых газов и коэффициента избытка воздуха в них.

1746119

Составитель В.Рождественский

Редактор Л. Волкова Техред M,Moðãåíòàë Корректор М.Колодий

Заказ 2383 Тираж Подписное

ВН lAflVI Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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