Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Машинист котельных

Газоанализаторы


Газоанализаторы

Газоанализаторы, применяемые в котельных и печных установках, предназначены для контроля полноты сгорания топлива в топках котельных и печных агрегатов. При помощи газоанализаторов определяют объемную долю в газообразных продуктах сгорания углекислого газа СО2 (или кислорода О2) и продуктов химической неполноты сгорания: окиси углерода СО, водорода Н2, метана СН4 и др. По составу газообразных продуктов сгорания судят о полноте сгорания топлива, о величине коэффициента избытка воздуха, о потерях теплоты от химической неполноты сгорания и о потерях теплоты с уходящими газами.

По принципу действия газоанализаторы делятся на две основные группы: химические газоанализаторы, основанные на использовании химических свойств определяемых компонентов в анализируемой смеси газов, и физические газоанализаторы, основанные на использовании физических свойств анализируемой смеси газов.

Прибор состоит из трех поглотительных сосудов, измерительной бюретки вместимостью 100 см3, соединительной гребенки с трехходовым краном, стеклянного цилиндра с водой, напорного уравнительного сосуда, резиновой груши и фильтра, заполненного стеклянной ватой.

Каждый поглотительный сосуд состоит из переднего поглотительного цилиндра А, соединенного резиновой трубкой и краном с гребенкой, и заднего буферного цилиндра Б, закрываемого резиновым мешочком для предохранения реактивов от соприкосновения с воздухом. Для ускорения процесса поглощения в цилиндре А помещены тонкие стеклянные трубочки, увеличивающие площадь поверхности соприкосновения анализируемого газа с поглощающей жидкостью. По заполнении поглотительных сосудов реактивами рекомендуется залить буферные цилиндры 5-миллиметровым слоем вазелинового масла.

Рис. 1. Переносный химический газоанализатор Орса

Поглотительный сосуд, заполняемый водным раствором едкого кали, поглощает углекислый газ СО2. Поглотительный сосуд, заполняемый раствором пирогаллола в водном растворе едкого кали, поглощает кислород. Поглотительный сосуд, заполняемый аммиачным раствором полухлористой меди, поглощает окись углерода СО.

Измерительная бюретка по высоте разделена на 100 равных по объему частей. С целью увеличения точности отсчетов нижняя часть измерительной бюретки сильно сужена.

Анализ газа проводят в следующем порядке.

1. Перед началом работы прибор и все его соединительные части проверяют на плотность. Для этого поднимают напорный сосуд, заполняя бюретку водой, н закрывают все краны. Затем опускают сосуд, вода в бюретке должна немного опуститься и потом оставаться неподвижной. Непрерывное опускание воды в бюретке указывает на наличие неплотностей в соединениях или кранах.

2. Устанавливают уровень всех реактивов в сосудах на одной высоте, доводя его до меток под кранами. Для этого сначала закрывают соединительные краны К\, К2 и и трехходовым краном сообщают гребенку 3 с атмосферным воздухом. Затем поднимают напорный сосуд, заполняя водой измерительную бюретку. Краном отключают гребенку от атмосферного воздуха, открывают кран К\ и медленно опускают напорный сосуд 5, пока реактив в переднем поглотительном цилиндре А сосуда (благодаря создавшемуся разрежению) не поднимется до отметки под краном Кi, после чего кран закрывают.

Такую же операцию проделывают с сосудами, доводя в них уровень поглощающих жидкостей до меток.

3. Удаляют из газозаборной трубки, гребенки и бюретки воздух или оставшийся газ. Для этого соединяют трехходовым краном газозаборную трубку с грушей, заменяющей насос, и нажимами рукой на грушу прокачивают газ через заборную трубку в атмосферу. Затем при помощи крана соединяют гребенку с атмосферой, поднимают напорный сосуд, заполняя бюретку водой до метки «100», в результате чего оставшиеся газ или воздух удаляются в атмосферу. После двух-трех операций всасывания газа (соединением гребенки с газозаборной трубкой и опусканием сосуда) и вытеснения его в атмосферу прибор считается подготовленным к газовому анализу.

Необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы уровень воды в бюретке не понижался во время соединения ее с атмосферой, иначе в бюретку может проникнуть наружный воздух.

5. Взяв строго отмеренную пробу газа, приступают к газовому анализу, причем сначала определяют (в %) объемное содержание углекислого газа, затем кислорода и, наконец, окиси углерода (в %).

Медленно поднимают напорный сосуд и открывают кран проба газа вытесняется в поглотительный сосуд. Когда вода в бюретке дойдет до верхней отметки «100», медленно опускают напорный сосуд, пока реактив не достигнет контрольной метки под краном.

После пяти-шести таких операций перепускания пробы газа в сосуд с едким калием (для свежего раствора достаточно трех-четырех операций) закрывают кран и совмещают уровни воды в напорном сосуде и бюретке. На шкале бюретки отсчитывают деления, на которые уменьшился объем пробы газа (производят одно-два контрольных поглощения и отсчета). При совпадении отсчетов поглощение СО2 считается законченным; в противном случае продолжают поглощение газа до получения двух одинаковых отсчетов подряд.

Аналогичным способом определяют объемную долю О2 и СО, для чего остаток пробы газа сначала перепускают в сосуд 8 с пирогаллолом, и после отсчета, дающего сумму СО2+О2, направляют остаток пробы в сосуд для поглощения СО. Число перепусканий пробы газа в сосуды должно быть не менее 7—10, так как реакции поглощения 02 и СО протекают медленно.

По окончании анализа остаток газа, содержащий почти исключительно азот, удаляют в атмосферу и забирают новую порцию газа для анализа.

При наличии в газе продуктов неполного сгорания СО, Нг, СН4 для его анализа применяют переносные газоанализаторы с дожиганием.

Газоанализатор ВТИ дает возможность подробно анализировать газы; он содержит семь поглотительных сосудов; после последовательного поглощения в них углекислого газа СО2, тяжелых углеводородов, кислорода 02 и окиси углерода СО дожигаются водород Н2 и окись углерода СО пропусканием остатка газа через нагретую до 300—350 °С трубку с окисью меди, а также дожигается метан СН4 в сосуде с платиновой спиралью, накаленной электрическим током до 850—900 °С. Разность между 100% и суммой объемных долей поглощенных газов составляет объемную долю азота N2 (в %).

Хроматографический метод газового анализа основан на быстрой адсорбции (поглощении) компонентов газовой смеси соответствующим адсорбентом (например, активированным углем) и последовательной десорбции (выделении) их воздухом, углекислым газом или азотом, называемыми газами-проявителями, которые пропускаются через колонку, содержащую адсорбент, Десорбиро-ванные газы вместе с проявляющим газом затем поступают в регистрирующий газоанализатор.

Ручными химическими газоанализаторами пользуются при тепловых испытаниях котлоагрегата, а для непрерывного контроля процесса горения применяют автоматические химические и физические газоанализаторы.

Принцип действия автоматических химических газоанализаторов, как и ручных, основан на поглощении составных частей продуктов сгорания соответствующими реактивами, однако проба газа (0,1—0,2 л) засасывается периодически (каждые 2—4 мин), автоматически перемещается внутри прибора для поглощения и последовательного измерения ее составных частей, а затем по окончании анализа автоматически удаляется из газоанализатора. Результаты измерения записываются также автоматически.

Химические автоматические газоанализаторы дают высокую точность показаний С02 и СО+Н2, но пх показания мало наглядны, периодичны и запаздывают, что затрудняет обслуживающему персоналу регулировать топочный режим; приборы сложны и требуют специального квалифицированного ухода.

Автоматический контроль за качеством горения осуществляют при помощи автоматических электрических и магнитных газоанализаторов.

Принцип работы электрического газоанализатора основан на сравнении теплопроводности анализируемого газа с теплопроводностью воздуха при одних и тех же температурах. Чем больше различие их теплопроводностей, тем больше в анализируемой пробе углекислого газа СОг и тем, следовательно, с меньшими значениями коэффициента избытка воздуха идет процесс сгорания топлива. Кроме того, электрический газоанализатор позволяет определить автоматическим дожиганием пробы газообразных продуктов сгорания содержание в ней продуктов химической неполноты сгорания в виде смеси окиси углерода и водорода (СО+Н2). Стрелки указателей показывают объемное содержание в газах СОг и суммы СО+Н2 в процентах.

При сжигании газообразного топлива часто меняется его состав, а следовательно, и максимальное содержание СОа в газообразных продуктах сгорания, вследствие чего практически невозможно установить рекомендуемое содержание СОг в газах при заданном значении коэффициента избытка воздуха а. Наиболее точно можно регулировать процесс горения в топке по объемной доле свободного кислорода 02.

Объемную долю кислорода в продуктах сгорания определяют автоматическим магнитным газоанализатором типа мгк.

Кислород, содержащийся в анализируемых продуктах сгорания, является парамагнитным газом, т. е. газом, втягиваемым магнитным полем; азот, водород, углекислый газ и водяные пары принадлежат к диамагнитным газам, т. е. к газам, отталкиваемым от магнитного поля. Магнитные свойства газообразных продуктов сгорания оцениваются по магнитной восприимчивости, положительной для парамагнитных и отрицательной для диамагнитных газов. Таким образом, измерением магнитной восприимчивости анализируемого газа определяется объемная доля содержащегося в нем кислорода (в%).

Наиболее простым для применения в любой установке котлов и печей является газоанализатор Орса, при помощи которого нетрудно определить величину коэффициента избытка воздуха в топке и полноту сгорания газа.

Газоанализатор Орса относится к типу химических газоанализаторов, в которых определение процентного содержания в дымовых газах углекислого газа С02, свободного кислорода О2 и окиси углерода СО производится путем их поглощения химическими реактивами.

Рис. 1. Схема газоанализатора «ОРСА»:
1 и 12 — резиновые груши; 2 — уравнительный сосуд; 3 — краны: 4 — тройник; 6 — измерительная Сюретка; 5, 8. 9 — поглотительные сосуды; 7 — трехходовой кран; 10 — резиновые баллончики; 11 — фильтр; 13 — охладительный цилиндр; 11 — крановая часть.

Газоанализатор состоит из измерительной бюретки с делениями от 0 до 100, соответствующими ее объему в 100 см3. Бюретка помещается внутри стеклянного цилиндра, залитого водой Для охлаждения газа, заполняющего ее, и поддержания постоянства его температуры. При помощи резиновых трубочек измерительная бюретка соединяется с крановой частью аппарата, состоящей из стеклянной капиллярной трубки, а также с поглотительными сосудами, фильтром и резиновой грушей. Поглотительный сосуд 6 заполняется 25—30%-ным раствором едкого калия, поглощающего углекислый газ; сосуд содержит в себе щелочный раствор пирогаллола, поглощающий кислород, и сосуд заполняется аммиачным раствором полухлористой меди, поглощающим окись углерода. Заполнение сосудов реактивами производится (немного выше их середины) через отверстия, закрываемые пробками.

Чтобы реактивы, находящиеся в сосудах, не поглощали кислорода воздуха и не теряли своей способности поглощать газ, на дыхательные их трубочки надеваются резиновые баллончики. Для увеличения поверхности поглощения газа жидкостью реактивов передняя часть поглотительных сосудов заполнена стеклянными трубочками. Каждый поглотительный сосуд имеет свой кран для подключения или отключения его от крановой части. Фильтр служит для очистки дымовых газов от возможных механических примесей и конденсации водяных паров, имеющихся в них, для этого нижняя часть его заполняется водой, а в верхней части, со стороны входа газа, в расширение трубки закладывается вата. Груша служит для подсоса газа из дымохода в аппарат; по концам груши внутри ее имеются всасывающий и нагнетательный клапаны. Фильтр аппарата при помощи резиновой трубки соединяется с металлической или фарфоровой заборной трубкой, другой конец которой вводится в дымоход.

Засасывание дымовых газов в измерительную бюретку и перепуск их в поглотительные сосуды и обратно производится при помощи подкисленной 1 см3 серной кислоты дистиллированной воды, наливаемой в уравнительной сосуд. Груша и пробка со стеклянной трубочкой, снабженной краником в уравнительном сосуде, являются дополнительным приспособлением к аппарату Орса, предложенным И. А. Гундаревым для облегчения работы на приборе, а поэтому к описанию их мы вернемся позднее, а пока рассмотрим действие аппарата без груши и пробки с краном.

При помощи трехходового крана измерительная бюретка может быть сообщена с дымоходом через фильтр и с воздухом. Так же через этот кран груша может быть соединена с трубкой забора газов.

Перед началом производства анализа газов уровень реактивов в поглотительных сосудах подтягивается до верхних отметок, находящихся под кранами сосудов. Для этого кран ставят на соединение измерительной бюретки с воздухом, после чего уравнительный сосуд поднимают вверх, так, чтобы уровень воды в нем установился против отметки 100 измерительной бюретки. При этом вода из уравнительного сосуда заполнит измерительную бюретку и вытеснит находящийся в ней воздух наружу. После этого кран ставят в положение, отключающее крановую часть от фильтра, а уравнительный сосуд опускают вниз и ставят на стол, на котором установлен газоанализатор. При этом уровень воды в бюретке не должен опуститься ниже отметки 100, что укажет на плотность кранов n соединений в крановой части аппарата, необходимую для его правильной работы. Затем осторожно открывают кран поглотительного сосуда, следя за уровнем жидкости в нем, который немедленно начнет подниматься в результате того, что уровень воды в измерительной бюретке будет снижаться и создавать над собой разрежение. Как только уровень реактива в сосуде 6 поднимется до верхней отметки, кран его нужно быстро закрыть.

Таким же образом нужно подтянуть уровни реактивов в сосудах и снова заполнить измерительную бюретку водой до отметки 100, вытесняя воздух из нее при помощи трехходового крана, после чего его нужно поставить на соединение с фильтром и грушей. Теперь, нажимая на грушу и отпуская ее несколько раз, подсасывают дымовые газы из дымохода и затем, отпустив грушу, соединяют трехходовым краном измерительную бюретку с заборной трубкой и одновременно опускают уравнительный сосуд несколько ниже стола. Уровень воды в измерительной бюретке начнет быстро снижаться, и бюретка будет заполняться газом. Тогда уравнительных! сосуд подводят к измерительной бюретке так, чтобы уровни воды в нем и в измерительной бюретке установились против нулевой отметки, в результате чего в бюретку войдет ровно 100 см3 газа. После этого трехходовым краном отключают крановую часть от фильтра и, приподнимая уравнительный сосуд, открывают кран поглотительного сосуда и выжимают в него пробу газа из измерительной бюретки, доводя в ней уровень воды до отметки 100. Затем уравнительный сосуд быстро опускают, и проба газа начинает перетекать обратно, а уровень реактива в сосуде — подниматься, и, как только он достигнет верхней отметки, уравнительный сосуд необходимо снова поднять до отметки 100 и повторить так «прокачивание» 3—4 раза. При последнем прокачивании, когда уровень реактива будет подведен к верхней отметке, быстро закрывают кран поглотительного сосуда и подводят уравнительный сосуд к измерительной бюретке, подгоняя уровни воды в них друг к другу.

Так как имевшийся в пробе газа углекислый газ будет поглощен, то объем пробы станет меньше 100 см3, и уровень воды в бюретке установится уже не на нуле, а выше его на количество кубических сантиметров поглощенного углекислого газа, например на восьмом делении. Это значит, что углекислого газа в пробе было 8%.

Далее оставшуюся часть пробы газа «прокачивают» 5—8 раз таким же образом в поглотительный сосуд, и определяют в пробе газа содержание свободного кислорода.

После поглощения кислорода из пробы уровень воды в измерительной бюретке установится еще выше, предположим, на отметке 10. Следовательно, углекислого газа вместе с свободным кислородом в пробе газа было 10%, а одного кислорода 10—8 = 2%.

Таким же,образом 6—8 раз «прокачивают» остаток пробы газа в последний поглотительный сосуд и определяют содержание в пробе окиси углерода. Если она имелась, то уровень воды в бюретке установится еще выше, чем раньше, например на отметке, следовательно, окиси углерода в пробе газа было 11— 10 = 1%, и горение топлива было неполным. По окончании анализа трехходовым краном соединяют измерительную бюретку с атмосферой и, поднимая уравнительный сосуд до отметки 100, выбрасывают наружу остатки пробы газа, после чего можно приступить к следующему анализу.

Работа на газоанализаторе Орса с приспособлением Гундарева отличается от описанной выше тем, что после открытия крана на поглотительном сосуде, когда проба газа из измерительной бюретки начинает перетекать в него, закрывают кран на пробке уравнительного сосуда и ставят его на стол. Затем на грушу, лежащую на столе, заполненную водой и соединенную с резиновой трубкой при помощи тройника, производят постепенное нажатие пальцами руки, и проба газа из бюретки вытесняется в поглотительный сосуд. При отжиме груши жидкость и газ возвращаются в свое первоначальное положение.

Таким образом, для прокачивания пробы газа не требуется поднимать и опускать все время уравнительный сосуд, что при длительной работе на аппарате очень утомительно. Уравнивание же уровней производят по-прежнему при помощи уравнительного сосуда, открывая при этом кран.

Пользуясь аппаратом Орса, следует конец заборной трубки аппарата устанавливать в дымоходе в центре потока газов и под прямым углом к нему.

Место ввода трубки в кладку хорошо уплотняется. Заборная трубка за котлом устанавливается перед шибером, считая по ходу газов, иначе подсос воздуха в щель шибера будет влиять на состав газов, разбавляя их. Резиновый шланг от заборной трубки до аппарата и сам аппарат должны быть проверены на плотность.

Основание ящика, в котором находится аппарат, перед работой надежно прикрепляется к столу при помощи специальной металлической или деревянной скобы, так как аппарат очень неустойчив и при падении будет наверняка разбит. Чтобы краники прибора хорошо проворачивались и плотно держали, их смазывают вазелином.

При бездействии аппарата в течение недели и более краники следует прокладывать полосками бумаги, так как они способны быстро «прикипать» и попытки открыть их кончаются обычно поломкой крановой части. Чтобы при производстве анализа газов не перепустить жидкости из одного сосуда в другой, нужно всегда следить за уровнем жидкости, которая поднимается.

Химические переносные газоанализаторы Норзе, ЦКТИ системы Николаева, ВТИ и другие позволяют определить содержание в отходящих газах, кроме СО2, О2, СО, и несгоревших: водорода, метана и тяжелых углеводородов.

Эти аппараты работают в основном по принципу газоанализатора Орса, но устройство нх и обслуживание более сложно.

Для приготовления раствора, поглощающего углекислый газ, необходимо взять от 24 до 43 г едкого калия на 100 см3 дистиллированной воды, в зависимости от качества калия. Хороший едкий калий имеет чисто молочный цвет и небольшую влажность. Всего следует приготовить раствора до 300 см3, так как для раствора пирогаллола он также требуется.

Раствор пирогаллола, поглощающий кислород, получается путем растворения его в количестве 22 г в 45 см3 горячей воды и взбалтывания до полного растворения в закрытой банке, после чего в нее добавляется 120 см3 указанного выше раствора едкого калия. Через 2—3 часа после этого раствор готов к действию; хранить его нужно только в закрытом сосуде, во избежание порчи при поглощении кислорода воздуха.

Для приготовления раствора, поглощающего окись углерода, необходимо 250 г хлористого аммония растворить в 750 см3 дистиллированной воды, после чего в этот раствор добавить 200 г полухлористой меди. Затем эту смесь заливают в бутыль, заполненную стружкой из красной меди, взбалтывают и плотно закрывают резиновой пробкой. Через два дня раствор сделается совсем бесцветным и будет готов к употреблению. Бутыль должна быть таких размеров, чтобы раствор заполнял ее по возможности полностью.

Следует помнить, что реактивы очень едки, обращаться с ними нужно очень осторожно и после обращения с реактивами не касаться глаз немытыми руками.

Работа автоматических электрических газоанализаторов, наиболее распространенных в котельных установках, осуществляется на принципе изменения электрического сопротивления платиновых проводников от изменения их температуры.

В датчике газоанализатора на углекислый газ СО2 помещаются четыре платиновых проводника, соединенных между собой по электрической схеме, называемой мостиком Уитстона, схема питается постоянным электрическим током. Два из проводников находятся в сравнительных камерах, заполненных воздухом, а два других — в измерительных камерах, через которые просасываются продукты сгорания (в электрической схеме мостика одноименные камеры размещаются одна против другой).

При пропускании воздуха через измерительные камеры стрелка указателя газоанализатора должна оставаться на нуле, так как сопротивление всех четырех проводников (плечо моста) будет одинаково. При пропускании же через измерительные камеры продуктов сгорания, содержащих в себе СО2, который проводит тепло значительно хуже воздуха, температура проводников повысится и их электрическое сопротивление станет больше, чем проводников в сравнительных камерах, вследствие этого путь электрического тока в схеме изменится и отклонит стрелку указателя газоанализатора, которая на шкале, градуированной в % СО2, укажет его содержание.

Действие автоматического кислородного газоанализатора МГК-348 основано на использовании термомагннтной конвекции, так как кислород обладает резко выраженными парамагнитными свойствами, т. е. магнитной восприимчивостью по сравнению со всеми остальными газами, содержащимися в продуктах горения.

В камере датчика газоанализатора расположены два чувствительных термоэлемента из слюдяных пластин, обмотанных платиновой проволокой, один из которых находится рядом с постоянным магнитом. Термоэлементы включены в электрическую схему моста Уитстона и нагреваются пропускаемым через них переменным электрическим током 120 в через стандартный феррорезонансный стабилизатор напряжения. При пропускании через камеру датчика продуктов сгорания, содержащих в себе кислород, поток их будет отклоняться в сторону термоэлемента, лежащего рядом с магнитом, и тем больше, чем больше будет содержание кислорода в анализируемой пробе. Вследствие этого термоэлемент будет охлаждаться потоком газов интенсивнее, чем другой термоэлемент, не имеющий магнитного поля, в результате чего температура термоэлементов и их электрическое сопротивление станут различными, что и вызовет нарушение электрического равновесия моста и отклонение стрелки указывающего прибора газоанализатора.

Кислородные газоанализаторы и индикаторы имеются и других конструкций, основанные на различных принципах работы.



Похожие статьи:
Оказание первой помощи при отравлениях, ожогах и поражениях электрическим током

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Машинист котельных

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум