Спосіб оперативного визначення теплоти згоряння газоподібних палив

Спосіб оперативного визначення теплоти згоряння газоподібних палив, оснований на використанні явищ іонізації полум'я, який включає вимірювання за допомогою електричного зонда струму іонізації полум'я мікропальника, підключеного до ліній подачі газу і повітря, який відрізняється тим, що шля хом зміни витрати подаваного в мікропальник повітря знаходять максимум іонізації полум'я, фіксують відповідні цьому максимуму витрати газу Qг(max) і повітря Qв(max) , обчислюють коефіцієнт їх співвідношення: Qв (max) K= Qг (max) та за його величиною визначають теплоту згоряння газоподібних палив за формулою: P = 3,71K + 1,17, де P - теплота згоряння палива, МДж/м 3. UA (21) a200703615 (22) 02.04.2007 (24) 10.12.2008 (46) 10.12.2008, Бюл.№ 23, 2008 р. (72) БОЛЬШАКОВ ВАДИ М ІВАНОВИЧ, UA, ПОЛЄВИЙ ГЕОРГІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, U A, ПРОКОПЕНКО ПАВЛО ГРИГОРОВИЧ, UA, ЖИЛКА ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ІМ. З.І. НЕКРАСОВА Н АЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ, UA (56) UA 72318, C2, 15.02.2005 SU 603807, A, 25.04.1978 SU1430851, A1, 15.10.1988 US 3393562, A, 23.07.1968 US 4163388, A, 07.08.1979 US 4306451, A, 22.12.1981 US 4359284, A, 16.11.1982 US 5707150, A, 13.01.1998 GB 1103361, A, 14.02.1968 DE 19618573, C1, 26.06.1997 C2 2 (19) 1 3 84975 на спалюванні в калориметричній бомбі в середовищі стислого кисню певного об'єму газу й визначенні кількості тепла, що виділилося при згорянні газу. Недоліком цього способу є те, що виконання зазначених операцій вимагає значних витрат часу, тому він також не може бути використаній для оперативного керування процесом горіння й готування газових сумішей необхідної калорійності. За прототип прийнято відомий спосіб визначення теплоти згоряння газоподібних палив, заснований на використанні явищ іонізації полум'я [4], який полягає у вимірюванні за допомогою електричного зонда струму іонізації полум'я мікропальника, підключеного до ліній подачі газу й повітря. У результаті проведених досліджень було встановлено, що ступінь іонізації полум'я лінійно залежить від теплоти згоряння палива. Графік залежності теплоти згоряння газоподібного палива від струму іонізації полум'я має вид прямої лінії. Недоліком цього способу є залежність струму іонізації полум'я не тільки від калорійності палива, але й від деяких інших факторів, зокрема від вологості палива й сторонніх домішок у газовій суміші. Тому довелося здійснити осушення газових сумішей, що подаються в мікропальник, що істотно ускладнило реалізацію способу. Крім цього, після підключення до суміші, що складалася спочатку із природного й доменного газу, третього компонента - коксового газу - положення різко погіршилося через наявність у коксовому газі парафінів, які негативно впливають на ступінь іонізації полум'я, а, отже, і точність вимірюваннія. До того ж вібірна трубка, що підводить газову суміш до мікропальника, засмічується мікрочастинками й парафіном, що міститься в коксовому газі. Необхідно було робити періодичне очищення газової відбірної трубки, яке пов'язане із практичними незручностями й втратою точності вимірювання. Завдання винаходу - підвищення точності, надійності й оперативності визначення теплоти згоряння газоподібних палив. Технічний результат, що досягається винаходом полягає в економії палива й поліпшенні екологічної обстановки за рахунок його більш раціонального спалювання й зниження шкідливих викидів в атмосферу. Вирішення цього завдання забезпечується тим, що шляхом зміни витрати подаваного в мікропальник повітря, знаходять максимум іонізації полум'я, фіксують відповідні цьому максимуму витрати газу Qг(max) і повітря Qв(max), обчислюють Qв(max) коефіцієнт співвідношення K = J й по Qг (max) його величині визначають теплоту згоряння газоподібних палив за формулою: Р=3,71K+1,17, де Р - теплота згоряння палива, МДж/м 3. Порівняння із прототипом показує, що спосіб оперативного визначення теплоти згоряння газоподібних палив, що заявляється, відрізняється тим, що шляхом зміни витрати подаваного в мікропальник повітря, знаходять максимум іонізації 4 полум'я, фіксують відповідні цьому максимуму витрати газу Qг(max) і повітря Qв(max), обчислюють Q коефіцієнт співвідношення K = в(max) й по його Q г(max) величині визначають теплоту згоряння газоподібних палив за формулою: Р=3,71K+1,17, де Р - теплота згоряння палива, МДж/м 3. Отже, спосіб оперативного визначення теплоти згоряння газоподібних палив, що заявляється, відповідає критерію "новизна". Порівняння способу, що заявляє, з іншими технічними рішеннями, відомими в даній галузі техніки, не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють рішення, що заявляється, від прототипу. Отже, має місце відповідність критерію "винахідницький рівень". Винахід пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показаний схематично загальний вид пристрою, що реалізує запропонований спосіб, на Фіг.2 графік залежності теплоти згоряння (калорійності) газоподібного палива від співвідношення витрат повітря-газ, що забезпечує повне спалювання палив при теоретичній витраті повітря. Спосіб, що заявляється, полягає в тому, що шляхом зміни витрати подаваного в мікропальник повітря, знаходять максимум іонізації полум'я, фіксують відповідні цьому максимуму витрати газу Qг(max) і повітря Qв(max) , обчислюють коефіцієнт Qв(max) співвідношення й по його величині K= Q г(max) визначають теплоту згоряння газоподібних палив за формулою: Р=3,71K+1,17, де Р - теплота згоряння палива, МДж/м 3 Пристрій містить газовий мікропальник 1, підключений з однієї сторони до газового балона 2 (на реальному об'єкті - до лінії подачі газу) через лічильник 3 витрати газу й ротаметр 4, з іншого боку - до компресора 5 через лічильник 6 витрати повітря й ротаметр 7. Імпульси від первинних датчиків лічильників витрати газу 3 і повітря 6 надходять на входи перетворювачів 8 і 9 показань цих лічильників у дискретні електричні сигнали, частота проходження яких пропорційна витратам газу й повітря відповідно. Арифметико-логічний пристрій 10 на основі цих сигналів робить розрахунок коефіцієнта співвідношення газ-повітря, а результат виводить на інформаційне табло 11. У полум'ї 12 мікропальника 1 розміщений двэлектродний зонд 13, призначений для вимірювання ступеня іонізації полум'я. Електричний сигнал зонда через блок 14 первинної обробки керуючого сигналу надходить на вимірювальний прилад 15, призначений для візуального контролю ступеня іонізації полум'я, і на вхід аналого-цифрового перетворювача 16, підключеного до входу обчислювального пристрою 17 (мікроконтролер "Електроніка МС2702"). Алгоритм роботи керуючої програми обчислювального пристрою 17 передбачає: - підпал газової суміші, що надходить у мікропальник 1, за допомогою пристроїв 18, 19 підпалу 5 84975 полум'я при відсутності сигналу від двоэлектродного зонда 13 і наявності сигналу від лічильника 3 витрати газу; - постійний пошук найбільшого значення величини електричного сигналу від дохэлектродного зонда 13, що відповідає максимального ступеню іонізації полум'я, і, отже, оптимальному коефіцієнту співвідношення газ-повітря - шляхом збільшення або зменшення витрати повітря за допомогою зміни режиму роботи компресора 5 через блок керування компресором 20; - після знаходження найбільшого значення величини ступеня іонізації полум'я стабілізується режим роботи компресора 5 і видається команда для розрахунку коефіцієнта співвідношення газповітря на арифметико-логічний пристрій 10, що визначає шукану величину співвідношення повітQ ря-газ K = в(max) , використовувану як для виQ г(max) значення калорійності газоподібного палива (наприклад, у газозмішуючи х станціях для готування газових сумішей необхідної калорійності) відповідно до формули Р=3,71K+1,17, МДж/м 3, так і в системах керування процесом спалювання палива (наприклад, у нагрівальних колодязях) для автоматичної зміни кількості повітря залежно від подаваної кількості газу Qв=K·Qг. Сутність способу, що заявляється, полягає в тому, що співвідношення повітря-газ знаходять шляхом зміни витрати повітря, що подається в мікропальник, потім знаходять максимум іонізації полум'я, за яким фіксують відповідні цьому максимуму витрати газу й повітря й по них знаходять оптимальне співвідношення повітря-газ, що відповідає повному згорянню палива при теоретичній витраті повітря, за яким визначають теплоту згоряння палива. У цьому випадку може використовуватися будь-яке паливо, як з постійною, так і зі змінною теплотою згоряння - за рахунок безперервного вимірювання в мікропальнику співвідношення повітря-газ реального палива з будь-якою теплотою згоряння й подачею його для розрахунку калорійності й використання в системах регулювання. Із графіка на Фіг.2 виходить, що з підвищенням коефіцієнта співвідношення повітря-газ калорійність лінійно підвищується. Графік побудований для суміші природного й доменного газів з різним їхнім співвідношенням. Співвідношення цих газів приймалося відповідно, як 1/0; 1/1; 1/2; 1/3; 1/4; 1/5; 1/6; 1/7; 1/8; 1/9; 0/1, м 3/м 3, яким відповідає теоретична витрата повітря (коефіцієнт співвідно 6 шення повітря-газ), рівний відповідно 9,5; 5,1; 3,7; 3; 2,5; 2,2; 2; 1,9; 1,8; 1,7; 0,8 м 3/м 3 [2]. Калорійність розраховувалася по формулі (1): Р=0,01(36П+4,1СО), де 3,6 - калорійність природного газу, МДж/м3; 4,1 - калорійність чадного газу, МДж/м 3; П, CO - процентний вміст природного й чадного газів відповідно. Графік залежності калорійності палива від співвідношення повітря-газ, узятих при максимальній іонізації полум'я, являє собою пряму лінію, описувану рівнянням з кутовим коефіцієнтом K и початковою ординатою 1,17 Р=3,71K+1,17, де Р - калорійність, МДж/м 3; K - коефіцієнт співвідношення повітря-газ, м 3/м 3. Спосіб, що заявляється, був випробуваний у лабораторних умовах Інституту чорної металургії на установці, побудованій відповідно до пристрою, показаному на Фіг.1. При цьому були отримані результати, які повністю відповідають даним, наведеним в описі. Таким чином, як видно з опису, вирішується завдання підвищення точності й надійності визначення теплоти згоряння газоподібних палив у полум'яних печах і досягається технічний результат, який полягає в економії палива й поліпшенні екологічної обстановки за рахунок його більш раціонального спалювання й зниження шкідливих викидів в атмосферу. Спосіб, що заявляється, може бути використаний у будь-яких промислових полум'яних печах, а також у всіх випадках, коли потрібна інформація про калорійність газоподібних палив, особливо палив зі змінною теплотою згоряння. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні заявки. 1. Л.Г. Аксельруд і ін. Нагрівальні колодязі. М.; гос. науково-технічне видавництво літератури по чорній і кольоровій металурги, 1962м. 2. В.Г. Лисиенко й ін. "Паливо. Раціональне спалювання, керування й технологічне використання", книга 1, М: "Теплоте хнік", 2004. 3. ДЕРЖСТАНДАРТ 10062-75. Гази горючі, метод визначення питомої теплоти згоряння, 1984р.; 4. Полевой Г.А., Жилка О.І. Нові методи й засоби контролю й керування якістю горіння газоподібних і твердих палив. Фундаментальні й прикладні проблеми чорної металургії, сб. наук, праць, вип. 9, 2004., С.221. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84975 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601