Способ контроля полноты сжигания топлива в топке Советский патент 1983 года по МПК F23N5/08 

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 воздуха. Информацию о химическом составе продуктов сгорания, а именно о концентрации углейислого газа, при этом; получают с помощью способов, использующих газоанализаторы и хроматографы различных типов Cl 3.

Указанные спосойл обладают спедующими недостатками. Рак, определение состава продуктов сгорания с помощью механических газоанализаторов сощ)йжено 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

средал, дают значительную погрешность при определении концентрации компоп . 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 измере10ния непосредственно в топочной камере, что исключает возможность оперативного и непрерывного контроля процесса сжигания топлива.

15

Способы определения состава продуктов сгорания с помощью хроматографов отличаются сложностью настрдйки используемого прибора, требуют высококвалифицированного обслуживающего

20 персонала и ограничены в использовании для нестационарных условий.

Общим недостатком способов, осно-ванных на газовом анализе, кроме громоздкости используемой аппаратуры,

25 является наличие разрыва во времени юждy отбором пробы газа из рабочего пространства установки и определением состава продуктов сгорания, что не позволяет осуществлять оперативный

30 контроль. Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля полноты сжи гания топлива в топке, заключающийся в определении парциального давления углекислого газа в факеле t: по «ющью приемника спектрального излучения на длине волны, лежащей в диапазоне 4,3 2 ,б мкм 2 , Недостаток способ состоит в низко точности контроля полноты сжигания топлива в топке, в связи с влиянием на величину парциального давления уг лекислого газа температур газа в при стеночном слое топки. Цель изобретения - повышение точности контроля. Указанная цель достигается тем, что измеряют температуру газа в дву 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 форму ле РСО/V 2 Г ..:л 2- 9Т-1Т2 где 3д - спектральная .интенсивность излучения на длине волны, лежащей в диапазоне 4,34,6 мкм (для природного га за X 4 ,525 мкм); Т - температура газа в первой точке на расстоянии около 0,1 мот стенки топки; Tj - температура газа во второй точке на расстоянии около 1,0 м от стенки топки, k,,k, ° стоянные коэффициенты, зависящие от топлива, для га за (,04, ,93, k3 8,23, ,24, ,75, ,63, k-, ll,55, k8 3,21 k9 3,42) , Ha фиг.1 приведена зависимость спектральной интенсивности излучени Э; на длине волны 4,525 мкм для тол щины излучающего слоя газа 5,0 м от парциального давления углекислого г за при различных величинах температ ры газа вблизи стенки; на фиг.2 зависимость спектральной интенсивно ти излучения от длины волны А для различных парциальных давлений угле кислого газа) на фиг.3 - расположени приемника спектральнохх излучения и термопар в топке. Зависимость спектральной интенси ности излучения Эд на длине волны 4,525 мкм от парциального давления углекислого газа получена путем решения дифференциального уравнения рад 1ационного переноса в излучающепоглощающей среде. Кривые 1,2 и 3 на фиг.1 соответствуют 1200 К, 4,5 и 6 - 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 представлены кривые, характеризующие зависимость спектральной интенсивности излучения слое продуктов сгорания от длины волны ik 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 РСО кривая 7 для 0,05 aTNf, 18 для 0,1 атм, 9 для 0,15 атм « 10 для 0,2 атм. Расположения приемника спектрального излучения 11 и термопар 12 и 13 в топке 14 приведены на фиг.З. 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 интенсивности излучения Зд , температуры газа вблизи стенки топки и перепада температуры в пристенном слое однозначно судить в 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 DX не зависит от парциального давления углекислого газа (кривые 1 и 4 ). Это исключает возможность использования способа для условий изотермической среды. Учитывая, что в промышленных огн технических установках в условиях теплоотдачи к нагреваемым поверхностям (металлу в металлургических печах, экранам в топках котлов) всегда имеет место перепад температуры, данное обстоятельство не ограничивает область применения способа. Поскольку перепад температуры в промыишенных огнетехнкческих 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. Применение -диапазона длин волн 4,3-4,8 мкм для измерения спектральной интенсивности излучения обуслов лена тем, что он позволяет получить значительный вклад, вносилий в интенсивность излучения слоями газа, лежашими в пристенной (до 1 м от стенки) области топочной камеры. Приведенные на фиг.2 зависимости показывают, что в оптически плотном участке спектра (Д 4,273 мкм интенсивность 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 неприемлемом. Использование длин волн, лежащих за 4,6 мкм, также нецелесообразно, поскольку здесь существенное влияние на величину спектральной интенсивности излучения оказывают излучение слоев газа, расположенных в глубине топочной камеры, и эффективное излучение протиповоложных экранов. Поскольку характер зависимости спектральной интенсивности излучения от парциального давления углекислого газа существенно определяется величи ной перепада температуры газа (см. /фиг.1 ), основное изменение которого, как указывалось вьше, происходит в пристенном слое газа толщиной до 1 м то область, где необходимо измерять температуру газа, должна находиТ1 ся в пределах этого расстояния. Увеличение данного расстояния при водит к снижению точности определени парциального давления углекислого газа вследствие погрешности, возника ющей в результате аппроксимации реального профиля температуры линейным (при измерении температуры газа в двух точках ). Измерение температуры газа на рас стоянии не более О,15 м от линии визирования приемника излучения обусловлено 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 влияние пристенных эффектов (подсосов холодного воздуха, неравномерности распределения и динамики роста эоловых отложений ) на показания термопары Выбор расстояния 0,5iO,01 м для измерения .температуры газа обусловлен необходимостью, с одной стороны, достаточно малогхэ расстояния между двумя точками, в которых измеряется температура, чтобы аппроксимация профиля температуры йлла точнее, а, с другой стороны, данное расстояние должно. быть достаточно велико, чтобы уменьшить влияние турбулентных пульсаций на относительную погрешность определения разницы температуры между двумя термопарами. При сжигании углеводородных топлив с использованием необогащенного кислородом дутья (для парциального давления COj в продуктах сгорания 0,050,20 атм )температуру газа измеряют в двух точках по длине луча визирования приемника излучения на расстояниях 0,110,01 и 0,5tO,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 0,5tO,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 гава от спектральной интенсивности излучения и температуры газа. Используемую зависимость получают путем предварительной обработки методом наименьших квадратов данных о спектральной интенсивности излучейия на длине волны 4,525 мкм при различных парциальных давлениях углекислого газа и значениях телтературы газа в двух точкгис. 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

счет исключения операций отбора проб газа и работы с газоанализатором.

Формула изобретения

Способ контроля полноты сжигания топлива в топке, заключающийся в определении парциального давления углекислого газа в факеле с помощью приемника спектрального излучения на длине войны, лежащей в диапазоне 4,3-4,6 мкм, отличающийся тем,- что, с целью повышения точности, 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 форму РСО-- - 2 Г зТ-.Ч,т-,, К.,1 1с,

где Эд - спектрг1ЛЬна1я интенсивность излучения на длине волны, лежащей в диапазоне 4,34,6 мкм;

TI температура газа в первой ,точке на расстоянии около -0,1 м от стенки топки; Т,; - температура газа во второй точке на расстоянии около 1,0 м от стенки топки;

4. 6 в) V ° стоянные коэффициенты, зависящие от топлива, для газа (It-, 2,04, 3,93,,23, , К5 3,75, ,63, ,55,,21 и 1cq .,42 ). Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Юренев В,И. Теплотехнический 0 справочник. М., Энергия, 1976,

т. 2, с. 242.

2.Патент OlJA 4233596, кл. 430-578, 1978.

т

900

JK

J

.1.Ч

.S

Ллина ввлны Л, mtM

Фut.Z

n