Способ контроля полноты сжигания топлива в топке

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Сааетскии

Социалистических

Реслублин (111992926

К ЩТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.09. 81 (21) 3344328/24-06 с присоединением заявки Но

Р1 М в(з

F 23 N 5/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликавано 300193. Ьоллетень М 4 ($3) УДК 621 ° 182 °.261(088.8) Дата опубликования описания 3 0183

Ё

3 (.

l (72) Авторы иэобрвтени я, Ю.A.Æóðàâëåâ, И.B.Ñïè÷àê ы A.Ã.Áëîõ

1 ъ -.

Красноярский ордена Трудового Красного ЗнаМЕн цдСдцут цветных мелаллов им.Я.И.Калинина (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛНОТЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

В ТОПКЕ

Изобретение относится к теплоэнергетике и металлургии, а именно к высокотемпературным огнетехническим установкам.

Известны. способы контроля полноты сжигания топлива, основанные на данных газового анализа продуктов сгорания и определения коэффициента-избытка воздуха. Информацию о химичес ком составе продуктов сгорания, а именно о концентрации углекислого газа, при этом; получают с.помощью =.. способов, использующих газоаналиэаторы и хроматографы различных типов (1.1.

Указанные способы обладают следующими недостатками. ак, определение состава продуктов сгорания с помощью механических газоанализаторов сопряжено с большими затратами ручного труда. Кроме того, недостатком данных способов является громоздкость используемого оборудования.

Способы определения состава продуктов сгорания с помощью тепловых и термомагнитных газоанализаторов, недостатком которых является чувствительность к температуре, давлению и расходу измеряемой смеси, а также к температуре и давлению окружающей среды, дают значительную погрешность при определении концентрации компо нентов газового объема.

Способы определения состава продуктов сгорания с помощью оптических методов, основанные на поглощении излучения в инфракрасной области спектра, как и способы, рассмотренные выше, не позволяют провоДить иэмерения непосредственно в топочной камере, что исключает. возможность опера.тивного и непрерывного контроля процесса сжигания топлива.

Способы определения состава продуктов сгорания с помощью хроматографов отличаются сложностью настрбйки используемого прибора, требуют высококвалифицированного обслуживающего персонала и ограничены в использова нии для нестационарных условий.

Общим недостатком способов, осно-. ванных на газовом анализе, кроме громоздкости испольэjjeMQA аппаратуры, является наличие разрыва во времени между отбором пробы газа иэ рабочего пространства установки и определением состава продуктов сгорания, что не позволяет осуществлять оперативный контроль.

992926

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля полноты сжигания топлива в топке, заключающийся в определении парциального давления углекислого газа в факеле с помощью приемника спектрального излучения на длине волны, лежащей в диапазоне 4,32,6 мкм (2 3.

Недостаток способ состоит в низкой точности контроля полноты сжигания топлива в топке, в связи с влиянием на величину парциального давления углекислого газа температур газа в пристеночном слое топки.

Цель изобретения — повышение точности контроля.

fS

Указанная цель достигается тем, что измеряют температуру газа в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,1 до 1,0 м от стенки топки и на расстоянии не более 0,15 м от .линии визирования приемника спектрального, излучения, и парциальное давление углекислого газа определяют по формуле

РСО= К,+12 ЛА-ФЗТ„+%+т +ФХЭЛ+kьт „2

* 3 т„%fan З т -%9ò т где 3 — спектральная интенсивность излучения на длине волны, лежащей в диапазоне 4,34,6 мкм (для природного газа )(=4,525 мкм);

Т вЂ” температура газа в первой

1 точке на расстоянии около 35

0,1 м от стенки топки;

Т вЂ” температура газа во второй точке на расстоянии около

1,0 м от стенки топки, kg>k7> 3 > 4> 5> 6> 1>ЕS> 9 по 40 стоянные коэффициенты, зависящие от топлива, для гаэа (k<2,04, 2=3>93> k3=

=8,23, k4=2>24, k6=3,75> 6=8,63> 1=11,55, 8=3,21, 45

kg=3>42).

На фиг. 1 приведена зависимость спектральной интенсивности излучения на длине волны 4,525 мкм для толщйны излучающего слоя газа 5,0 м от парциального давления углекислого газа при различных величинах температуры газа вблизи стенки; на фиг.2 зависимость спектральной интенсивности излучения от длины волны 3, дпя различных парциальных давлений углекислого газа; на фиг.3 — расположение приемника спектрального излучения и термопар в топке.

Зависимость спектральной интенсивности излучения на длине волны

- 4,525 мкм от парциального давления углекислого газа получена путем решения дифференциального уравнения радиационного переноса в иэлучающепоглощающей среде. 65

Кривые 1,2 и 3 на фиг.1 соответствуют 1200 К, 4 5 и б — 1500 К, при этом перепад температур в пристеночном слое для кривых 1 и 4 равен О, для кривых 2 и 5 — 300 К и для кривых 3 и 6 - 500 К.

На фиг,2 представлены кривые, характеризующие зависимость спектральной интенсивности излучения Э в слое продуктов сгорания от длины волны 1 при температуре ядра потока, равной

1500 К, и перепаде температур в пристеночном слое толщиной 1 м, равном

300 К, для различных парциальных давлений углекислого газа Р >> кривая

7 для 0,05 атм, 8 для 0,1 атм, 9 для

0,15 атм и 10 для 0,2 атм.

Расположения приемника спектрального излучения 11 и термопар 12 и 13 в топке 14 приведены на фиг.3.

Способ контроля полноты сжигания топлива в топке осуществляется следующим образом.

Из приведенных на фиг. 1 зависимостей видно, что при наличии перепада температуры в пристенном слое топочной камеры изменение парциального давления углекислого газа приводит к значительному изменению спектральной интенсивности излучения. Данное обстоятельство позволяет на основе предварительно измеренных спектральной инте сивности излучения 3>, температуры газа вблизи стенки топки и перепада температуры в пристенном слое однозначно судить о содержании углекислого газа в продуктах сгорания. При этом значения перепада температур получают путем измерения температуры газа в двух точках по длине луча приемника спектрального излучения.

Следует, однако, отметить, что при отсутствии перепада температуры в пристенном слое спектральная интенсивность излучения 3g не зависит от парциального давления углекислого газа (кривые 1 и 4 ). Это исключает воэможность использования способа для условий иэотермической среды. Учитывая, что в промышленных огнетехнических установках в условиях теплоотдачи к нагреваеьмм поверхностям (металлу в металлургических печах, экранам в топках котлов) всегда имеет место перепад температуры, данное обстоятельство не ограничивает область npuh менения способа.

Поскольку перепад температуры в промышленных огнетехнических установках имеет место, в основном, в слое газа толщиной до 1 м от стенки топки, то диапазон длин волн, в котором необходимо проводить измерения спектральной интенсивности излучения „ должен обеспечивать информацию об излучении слоев газа, расположенных на данном расстоянии..992926

Применение диапазона длин волн

4,3-4,8 мкм для измерения спектральной интенсивности излучения обусловлено,тем, что он позволяет получитьзначительный вклад, вносим и в интенсивность излучения слоями газа, лежащими B прйстенной (до 1 м от стенки) области топочной камеры.

Приведенные на фиг.2 зависимости показывают, что в оптически плотном участке спектра (В =4,273 мкм) интен- ð сивность излучения при изменении концентрации, углекислого газа от 0,05 до 0,20 атм практически не изменяется.

Поэтому использование длин волн меньше 4,3 мкм является неприемлемым.

Использование длин волн, лежащих эа 4,6 мкм, также нецелесообразно, поскольку здесь существенное влияние на.величину спектральной интенсивности излучения оказывают излучение слоев газа, расположенных s глубине топочной камеры, и эффективное излучение протиповоложных экранов.

Поскольку характер зависимости спектральной интенсивности излучения от парциального давления углекислого газа существенно определяется величиной перепада температуры газа (см. фиг.1 ), основное изменение которого, как указывалось выие, происходит в пристенном слое газа толщиной до 1 м, 3О то область, где необходимо измерять температуру газа, должна находиться в пределах этого расстояния.

Увеличение данного расстояния при- 35 водит к снижению точности определения парциального давления углекислого газа вследствие погрешности, возникающей в результате аппроксимации реального проФиля температуры линейным 4п (при измерении температуры газа в двух точках ).

Измерение температуры газа на рас- стоянии не более 0,15 м от линии визирования приемника излучения обус- 45 ловлено тем, что, с одной стороны, необходимо измерять температуру объемов газа, расположенных на линии визирования приемника излучения, а, с другой стороны, термопары не должны влиять на показания приемника излучения не должны находиться в его поле зрения ).

Измерение температуры газа на расстоянии 0,110,01 м от стенки необходимо для того, чтобы исключить влия. ние пристенных эффектов (подсосов холодного воздуха, неравномерности распределения и динамики роста эоло- вых отложений ) на показания термопары.

Выбор расстояния 0,5+0 01 м для 60 измерения .температуры газа обусловлен необходимостью, с одной стороны, достаточно малого расстояния между двумя точками, в которых измеряется температура, чтобы аппроксимация профи- 65 ля температуры была точнее, а, с другой стороны, данное расстояние должно быть достаточно велико., чтобы уменьшить влияние турбулентных пульсаций на относительную погрешность определения разницы температуры между двуьк термопарами.

Прн сжигали углеводородных топлив с испольэовайием необогащенного кислородом дутья { для парциального давления СО> в продуктах сгорания 0,050,20 атм ) температуру газа измеряют в двух точках по длине луча визирования приемника излучения на расстояниях 0,1 0,01 и 0,5+0,01 м от стенки топочной камеры.

Пример. С помощью приемника спектрального излучения 11 измеряют спектральную интенсивность излучения на длине волны 4,525 мкм, с помощью термопар 12 и 13 измеряют температуру газа в двух точках на расстояниях 0,1+0,01 и 0,5 0,01 м от стенки топки 14 и на расстоянии не более

0,15 м от линии визирования приемника излучения. Затем определяют парциальное давление углекислого газа, подставляя измеренные значения в зависимость парциального давления углекислого газа от спектральной интенсивности излучения и температуры газа. Используемую зависимость получают путем предварительной обработки методом наименьших квадратов данных о спектральной интенсивности излучения на длине волны 4,525 мкм при различных парциальных давлениях углекислого газа и значениях температуры газа в двух точках.

Контроль полноты сжигания топлива осуществляют путем сравнения полученной величины парциального давления углекислого газа с величиной парциального давления углекислого газа, рассчитанной по составу топлива с учетом коэффициента избытка воздуха.

Используемый при этом коэффициент избытка воздуха рассчитывают по расходу воздуха и топлива.

При равенстве величин парциального давления, углекислого газа, определенной по предлагаемому способу и рассчитанной по составу топлива с учетом коэффициента избытка воздуха, имеем полное сжигание топлива. Чем больше разница .между парциальным давлением углекислого газа, рассчитанным по составу топлива, и определенным парциальным давлением, тем больше недожог топлива.

Использование способа контроля полноты сжигания топлива в топке позволяет повысить точность и осуществлять оперативный и непрерывный контроль полноты сжигания топлива в огнетехнических установках, а также снизить затраты ручного труда за

992926

Формула изобретения

gny 4I a s

Порцыальное Вцбление СО, атм

Фиа1

02 счет исключения операций отбора йроб газа и работы с газоанализатором.

Способ контроля полноты сжигания 5 топлива в топке, заключающийся a on ределении парцнального давления углекислого газа в факеле с помощью приемника спектрального - и злучения на длине волны, лежащей в диапазоне щ

4,3-4,6 мкм, отличающийся тем; что, с целью повышения точности, измеряют температуру газа в двух точках, расположенных на расстоянии от 0.1 д 1.0 м от стенки топки и на 35 расстоянии не более 0,15 м от линии визирования приемника спектрального излучения, и парциальное давление углекислого газа определяют по формуPñî " +"а "з + мт и з + т - 20

-Ф Э„ Т+% 3 Т вЂ” к Т

1А а ВЛД где 3p - спектральная интенсивность излучения на длине волны, лежащей в диапазоне 4,34,6 мкм;, Т - температура газа в первой точке на расстоянии около

0",1 м от стенки топки;

Т1 - температура газа во второй точке на расстоянии около

1,0 м от стенки топки; ф з i 4, ®$ g 1 7, q }

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Оренев В.Н. Теплотехнический справочник. М., "3Hepгия", 1976, т. 2, с. 242.

2. Патент США Р 4233596, кл. 430-578, 1978.,992926

Ф

«4

Ф8 фу флииа Йынм л мвю

ФЕЯ

iz

1Я

Составитель И.Аксенов

Редактор Е. Кинив Техред С.Мигунова .. Корректор Л. Бокыан

Заказ 42S/49 Тираж 581 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4