Спосіб визначення вуглецю в летючій золі пиловугільних котлів теплових електростанцій

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способам определения содержания углерода в золах тепловых электростанций. Известен способ определения углерода в золе пылеугольных котлоагрегатов, включающий уплотнение золы в датчике, измерение емкостей датчика с пробой после снятия давления на золу и определение содержания углерода по значению емкости датчика [1 - прототип]. Однако и в первом, и во втором способах из-за изменения температуры, влажности окружающей среды и температурных режимов измерительной аппаратуры результаты измерений в течение длительного времени не будут постоянными, что оказывает влияние на точность определений содержания углерода в анализируемой золе. При анализе известных технологических решений в данной области техники не обнаружены объекты, обладающие совокупностью признаков и уровнем технологичности заявляемого способа. Совокупность признаков способа явным образом не следует из уровня техники. Это позволяет утверждать, что заявляемое техническое решение способа является новым и обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача разработать такой способ определения углерода в летучей золе пылеугольных котлов тепловых электростанций, в котором путем усовершенствования метода определения углерода в летучей золе повышается точность разовых определений содержания указанного элемента. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения углерода в летучей золе пылеугольных котлов тепловых электростанций, включающем уплотнение золы в датчике, измерение емкости датчика с пробой после снятия давления на золу, дополнительно измеряют емкость датчика, заполненного воздухом, и в качестве аналитического параметра, по которому определяют содержание углерода в золе, берут величину отношения емкости датчика с пробой к емкости датчика с воздухом, измеренных при поочередном нахождении их в датчике, причем содержание углерода определяют по соотношению: где K, b, a - параметры уравнения регрессии, которые находят методом наименьших квадратов; fo и fi - часто ты генератора, в колебательный контур которого включен емкостный датчик, последовательно заполненный воздухом (fo) и пробой (fi). По известному способу при изменении содержании углерода в золе, которой заполняется датчик, его емкость, служащая аналитическим параметрам, по величине которого определяют содержание углерода в золе, изменяется. Но величина емкости будет изменяться и при изменении температурных режимов, влажности окружающей среды и параметров измерительной аппаратуры. Поэтому результаты определений содержания углерода в золе со временем будут также изменяться, то есть, за счет временного дрейфа, вызванного указанными причинами, могут возникать значительные погрешности анализа. Так как датчик с пробой золы подключен в колебательный контур генератора незатухающих колебаний анализатора, то в качестве аналитического параметра, по величине которого можно судить о содержании определяемого элемента, была взята частота генератора fi, поскольку последняя связана с емкостью конденсатора, заполненного пробой, соотношением: где L - индуктивность катушки колебательного контура; Ci - емкость измерительного конденсатора (датчика) с пробой золы. Но частота генератора fo незатухающих колебаний анализатора, датчик которого заполнен воздухом, равна где Co - емкость датчика, заполненного воздухом. Тогда, разделив соотношение (2) на выражение (1), получим Поэтому при экспериментальной проверке эффективности применения предложенного способа проводим измерения частоты fo и fi. На фиг.1 приведен аналитический график зависимости частоты fi от содержания углерода Ci, а также показаны два значения частоты генератора, которые были измерены при наличии в датчике одной и той же пробы золы, с дискретностью в 48 часов. Первому значению частоты fi генератора (точка 1 графика 1) соответствует концентрация углерода 18%. Второму значению частоты fi генератора (точка 2 графика 1) соответствует концентрация углерода 17,3%. То есть, через 48 часов, согласно известному способу, с изменением частоты генератора изменились и данные концентрации углерода в одной и той же пробе золы на 0,7абс.%. В предложенном способе, где в качестве аналитического параметра берется величина отношения емкости датчика, измеренной при наличии в нем золы, к емкости датчика, заполненного воздухом, аналогичное изменение температурных режимов, влажности окружающей среды практически будет одинаковым образом сказываться на емкости датчика с пробой и емкости датчика с воздухом (а значит и на величине частот fo и fi). Это видно из аналитического графика 2 на фиг.1, на котором показаны два значения отношений fo/fi, полученные через те же 48 часов с использованием одной и той же пробы золы. Как видно из графика 2 на фиг.1, обе точки отношения частот fo/fi фактически совпали. Поэтому через те же 48ч согласно предложенному способу, практически получены одни и те же значения концентраций углерода в той же пробе золы. Следовательно, применение в качестве аналитического параметра отношения измеренных частот устраняет влияние временного дрейфа, вызванного изменением температурных режимов и други х параметров аппаратуры, влажности окружающей среды. В то же время при изменении содержания углерода в анализируемой пробе золы, помещенной в датчик, за счет произошедшего по этой причине изменения емкости датчика с пробой золы Ci (а значит и изменения частоты fi) произойдет изменение и величины отношения емкости Ci/Co (и, следовательно, отношения частот генератора). Таким образом, в качестве аналитического параметра, служащего мерой определения содержания углерода в золе и устраняющего временный дрейф результатов, можно взять величину отношения емкостей датчика, последовательно заполненного анализируемой пробой золы и воздухом (или отношение частот генератора). Эффективность применения предложенного способа была проверена при определении содержания углерода в пробах золы Луганской тепловой электростанции (ЛТЭС). Для исследований брали 26 проб золы, крупность частиц которых не превышала 200мкм, влажность не более 0,5%. По данным стандартного химического анализа содержание углерода в пробах золы ЛТЭС составляло 12 - 29%. Анализы проводили на диэлькометрическом анализаторе, блок-схема которого показана на фиг.2. Анализатор состоит из емкостного коаксиального датчика 1, генератора незатухающих колебаний высокой частоты 2, измерительного блока 3, электронновычислительного блока 4, блока выдачи информации 5, блока питания 6. Емкостный датчик включает в себя наружный цилиндрический электрод 7, в котором коаксиально закреплен внутренний электрод 8 на диэлектрическом основании 9. Внутренний потенциальный электрод 8 помещен в эбонитовый кожух. Анализируемая проба в датчик засыпается с избытком. Ее излишки срезаются ножом на уровне верхней кромки цилиндра. Оставшаяся проба золы в цилиндрическом датчике уплотняется пуансоном 10 с ограничительным круговым выступом в верхней его части, обеспечивающим постоянный объем анализируемой пробы золы в датчике. Для разового анализа необходимо примерно 0,1кг пробы золы. Продолжительность одного анализа (без подготовки пробы и образца для анализа) составляет 1с. Анализы проводили в течение шести смен, причем в каждую смену анализировали 4 - 5 проб золы с интервалом 1,5 - 2 часа каждая. После разового анализа датчик тщательно очищали от проб золы и проводили измерения частоты fo. Определения содержания углерода в пробах золы ЛТЭС осуществляли по известному способу и по предложенному способу. В первом случае производили измерения частоты генератора только при наличии золы в датчике анализатора и в качестве аналитического параметра, по которому определяли содержание углерода в золе, брали измеренную частоту fi. Во втором случае последовательно измеряли частоты генератора дважды: при наличии в датчике золы и при наличии в нем воздуха и в качестве аналитического параметра, по величине которого определяли содержание углерода в золе, брали отношение измеренных частот. В обоих случаях раздельно рассчитывали линии регрессии, уравнения которых имеют вид: при применении известного способа при применении предложенного способа где K1, K2, b1, b2, a1, a2 - параметры уравнений регрессии, определяемые методом наименьших квадратов. Из уравнений регрессии и в первом, и во втором случаях на ходили концентрации (Ci) углерода в анализируемых золах. Результаты проверки эффективности применения предложенного способа в сравнении с известным способом при определении содержания углерода в золах ЛТЭС приведены в таблице. Стандартное отклонение диэлькометрического анализа от данных стандартного химического метода анализа составило: 0,72% - при использовании известного способа; 0,54% - при применении предложенного способа. Из этих результатов видно, что применение предложенного способа позволяет повысить точность определений содержания углерода в золах, по сравнению с известным способом, приблизительно в 1,3 раза. Предложенный способ определения углерода в летучей золе пылеугольных котлов тепловых электростанций прост в осуществлении и при его применении достигается повышение точности анализа, в сравнении с известным способом, на 20 - 25%.