Спосіб визначення вмісту вуглецю в золах теплових електростанцій

Изобретение относится к способам диэлькометрического определения содержания углерода в золах котельных агрегатов тепловых электростанций, отопительных систем и т.д. Известен способ определения содержания углерода в золах тепловых электростанций, основанный на измерении частоты генератора, служащей аналитическим параметрам, по величине которого определяют содержание углерода в золе, помещенной в измерительный конденсатор, подключенный к генератору (Авт. св. СССР №1305585, кл. 01N27, Бюл. №15, 1987). Известен способ (прототип) определения содержания углерода в золах тепловых электростанций, заключающийся в измерении диэлектрической проницаемости пробы и определении содержания углерода по градуировочному графику (Авт. св. СССР №1548739, кл. 01N27/22, 1990, Бюл. №9). Однако, и в первом, и во втором способах точность определений содержания углерода в золе сильно зависит от колебаний железа, присутствующего в золе, и измеряющегося в значительных пределах. В способе [2] коррекция на железо частично осуществляется за счет применения катушки индуктивности, расположенной в емкостном датчике с пробой золы. Но низкая, чувствительность индуктивного датчика не обеспечивает достаточно высокой точностью определений содержания железа и, следовательно, определений содержания углерода при введении коррекций на железо. 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 содержания углерода в золах пылеугольных котлов тепловых электростанций, в котором путем введения нового аналитического параметра, позволяющего находить требуемый график или уравнение регрессии, повышается точность разовых определений содержания указанного элемента. Поставленная задача достигается тем, что согласно способа определения содержания углерода в золах тепловых электростанций, заключающегося в измерении диэлектрической проницаемости пробы и определении содержания углерода по градуировочному графику, дополнительно облучают пробу рентгеновским излучением, измеряют интенсивность рентгенофлуоресцентного излучения железа в пробе золы и в эталонном образце, находят величину отношения измеренных интенсивностей излучений, с уче том величины которого определяют содержание углерода в золе. Сущность способа заключается в следующем. Известно, что изменение содержания тяжелых элементов и их соединений, находящихся в анализируемой пробе золы, помещенной в емкостной датчик, изменяет емкость датчика значительно сильнее, чем изменение содержания легких элементов (Z < 20). Следовательно, емкость датчика, зависящая от диэлектрической проницаемости пробы, будет существенно зависеть от колебаний содержания тяжелых элементов. В угольной золе котлоагрегатов тепловых электростанций в значительных количествах присутствует железо (в виде соединений и окислов), содержание которого изменяется в больших пределах. Такие изменения содержания общего железа в золах оказывают значительное влияние на точность определений содержания углерода в пробах золы. Весь диапазон колебаний железа в этих пробах разбивают на ряд поддиапазонов и для каждого поддиапазона колебаний железа в пробах золы строят свой градуировочный график зависимости емкости (или диэлектрической проницаемости) пробы от содержания углерода в ней. Получают, таким образом, семейство градуировочных гра фиков зависимости диэлектрической проницаемости от содержания углерода в пробах золы с соответствующим поддиапазоном колебаний содержания железа в них. Чтобы из семейства градуировочных графиков выбрать требуемый аналитический график, образцы каждой группы проб золы с определенным поддиапазоном колебаний содержания железа в них дополнительно облучают рентгеновскими лучами и измеряют интенсивности рентгенофлуоресцентного излучения железа, содержащегося в этих пробах золы, Jo и эталонном образце и определяют величину отношения измеренных интенсивностей Ni = J0/Jэ. Таким образом, каждому аналитическому графику зависимости диэлектрической проницаемости от содержания углерода в пробах золы полученного семейства соответствует определенный интервал значений отношений Ni= J0/Jэ. После этого процесс анализа проб золы при определении в них содержания углерода сводится к измерению диэлектрической проницаемости пробы, находящейся в датчике, с неизвестным содержанием углерода, измерению интенсивности рентгенофлуоресцентного излучения железа, содержащегося в пробе золы, и в эталонном образце, и определению величины Ni = J0/Jэ по которой из семейства градуировочных графиков находят требуемый градуировочный график, из которого определяют содержание углерода в пробе золы. Способ был проверен на пробах золы, отобранных с котлоагрегатов. Луганской тепловой электростанции (ЛГРЭС) при определении в них содержания углерода. Проанализировано 51 пробу золы, содержание углерода в которых составляет 12 - 32%, а содержание железа изменяется в интервале от 5% до 11%. Из других компонентов присутствует кремний, алюминий, сера, калий, кальций, натрий. На фиг.1 представлена блок-схема диэлькометрического анализатора по определению содержания углерода в пробах золы; на фиг.2 - блок-схема полупроводникового рентгенофлуоресцентного анализатора для определения содержания железа в тех же пробах золы; на фиг.3 - результаты анализа проб золы ЛГРЭС при определении в них содержания углерода, которые в зависимости от колебаний содержания железа разделены на три группы; на фиг.4 - результаты анализа тех же проб золы ЛГРЭС на содержание углерода с применением единого аналитического графика. Диэлькометрический анализатор (фиг.1) состоит из емкостного коаксиального датчика 1, генератора незатухающих колебаний 2, измерительного блока 3, электронно-вычислительного блока 4, блока выдачи информации 5, блока питания 6. Емкостный датчик 1 состоит из цилиндрического потенциального электрода 7, в котором коаксиально закреплен внутренний электрод 8 на диэлектрическом основании 9. Анализируемая проба угольной золы засыпается в цилиндр емкостного датчика с избытком. Ее излишки срезаются ножом на уровне верхней кромки цилиндра. Оставшаяся проба золы в цилиндрическом датчике уплотняется пуансоном 10, обеспечивающим ее стабильное уплотнение в цилиндре датчика. Так как диэлектрическая проницаемость конденсатора влияет на его емкость, то последняя будет оказывать влияние на частоту генератора, к которому подключен датчик с пробой где L - индуктивность катушки колебательного контура; C - емкость конденсатора (датчика). Таким образом, в качестве аналитического параметра, по которому определяли содержание углерода в пробах золы, в применяемом диэлькометрическом анализаторе взята частота. Полупроводниковый рентгенофлуоресцентный анализатор (фиг.2) состоит из кремний-литиевого полупроводникового детектора 1 с разрешением 260эВ на Ka-линии марганца, предварительного усилителя 2, спектрометрического устройства СЭС - 20 - 03 (позн.3), многоканального анализатора 4 импульсов АН-250 - 6. В качестве источника вибровозбуждающего излучения применяли рентгеновскую трубку 5 прострельного типа 0,0005 БХ-2 с серебряным окном-анодом. Питание рентгеновской трубки 5 осуществляли от высоковольтного блока 6 анализатора БАРС-1. Ме ханизм загрузки пробы выполнен в виде выдвижной платформы 8, которая перемещается по направляющей корпуса 7. Проба засыпается в углубление 9 выдвижной платформы 8 с избытком. Излишки пробы срезаются с помощью ножа на уровне верхней кромки углубления, затем с помощью платформы 8 анализируемая проба золы вводится в золу измерения, обеспечивая постоянную фиксацию исследуемых образцов относительно детектора 1 и рентгеновской трубки 5. Все пробы золы, подвергаемые исследованиям, были разделены на три группы, содержание железа в которых изменялось уже в более узких интервалах: 5 - 7, 7 - 9, 9 - 11%. Для каждой группы проб золы на диэлькометрическом анализаторе (фиг.1) проводили замеры измеряемого параметра и раздельно строили свой аналитический график зависимости измеряемого параметра от содержания углерода. То есть было построено три градуировочных графика (фиг.3). На полупроводниковом рентгенофлуоресцентром спектрометре (фиг.2) для проб золы трех групп проводили замеры интенсивности рентгенофлуоресцентного излучения железа, содержащегося в каждой пробе золы, J0 и в эталонном образце Jэ, определяли для каждой группы проб золы (и, следовательно, для каждого аналитического графика) величины отношений Ni = J0/Jэ. Аналитическому графику I (фиг.3) соответствует интервал отношения Ni = 4,1 - 4,8. Аналитическому графику 2 (фи г.3) соответствует интервал отношения Ni = 4,9 - 5,7. Аналитическому графику 3 (фи г.3) соответствует интервал отношения Ni = 5,8 - 6,5. Для каждой группы проб золы, по предложенному способу, с применением соответствующего аналитического графика, определяли содержание углерода. Результаты анализа 51 пробы золы ЛГРЭС (которые в зависимости от колебаний содержания железа разделены на три группы) показаны на фиг.3. При этом на графике 1 фиг.3 приведены результаты анализа 17 проб золы (они обозначены крестиками), в которых содержание железа находится в интервале 5 - 5 - 7%; на графике 2 фиг.3 показаны результаты анализа 21 пробы золы (они обозначены точками), в которых содержание железа изменяется в интервале 7 - 9 7 - 9%; на графике 3 фиг.3 представлены результаты анализа 13 проб золы (они обозначены кружочками), в которых содержание железа находится в диапазоне 9 - 11%. Результаты анализа тех же проб золы (51 проба) ЛГРЭС на содержание углерода известным способом (прототип) приведены на фиг.4. Среднеквадратическое отклонение результатов диэлькометричекского анализа от данных стандартного химического анализа при определении содержания углерода в пробах золы составило: 0,78 абс.% при использовании известного способа; 0,53 абс.% при применении предложенного способа и делении диапазона колебаний железа в анализируемых пробах золы на три поддиапазона. Но и в этом случае использование предложенного способа позволило повысить томность определений содержания углерода в пробах золы ЛГРЭС, по сравнению с известным способом, почти в 1,5 раза. При необходимости дальнейшего уменьшения погрешности, вызванной колебаниями железа в анализируемых пробах золы, при определении в них содержания углерода, требуется существующий диапазон изменения содержания железа в этих пробах золы разбить на большее число поддиапазонов. Предложенный способ определения содержания углерода в золах тепловых электростанций прост в осуществлении и при его применении достигается значительное повышение точности анализа в сравнении с известным способом (в данном примере приблизительно на 33%).