Вимірювання складу речовини для підтримування оптимального технологічного процесу на теплових електричних станціях (стр. 1 из 3)

ВСТУП

Натепловихелектричнихстанціяхтаукотельнях централізованоготеплопостачаннядляпідтримування оптимальноготехнологічногопроцесунеобхідно визначитискладбагатьохречовин. Ботількиза наявностіінформаціїпроскладречовинможна забезпечитисвідомійцілеспрямованідії оперативногоперсоналу, щокеруєпроцесом виробництваенергії.

Такуінформаціюможнаодержатизадопомогою приладів, щовизначаютьіпоказуютьвеличину концентраціїрозчинів, складгазовихсумішей, кількістьвологиупаливі, ступінькислотностіабо лужностірозчинів. Виявляється, щоубагатьох випадкахтакіприладивиконуютьнаоснові застосуванняелектричнихметодівдослідження складнихречовин.

Так, ступінькислотностічилужностірозчинів визначаютьвимірюваннямЕРС, щовиникаєміж зануренимиврозчинелектродами; складгазових сумішейвизначаютьзазміноюопорів, вимірюваних мостамиугазоаналізаторах; кількістьвологиупаливі визначаютьзавеличиноюємностідіелектричнихвтрат уконденсаторах, дедіелектрикомєсамепаливо; концентраціюрозчинівсолейчикислотвизначають завеличиноюелектропровідностірозчинів, що заповнюютьвипробувальнічарунки.

1. Вимірюваннярівнякислотності розчинів

На енергетичних підприємствах, зокрема на теплових електричних станціях, досить часто виникає необхідність визначення ступеня кислотності, або лужності розчинів. Ця ступінь зумовлена активністю іонів водню, що є у розчинах. За кількісний показник активності іонів водню прийнято вважати від'ємний логарифм від концентрації іонів водню, помножений на коефіцієнт активності. Цей показник позначають як рН (водневий показник). Діапазон значень рН (від кислішого й до найлужнішого) становить від нуля й до 14. Для нейтральних розчинів — рН 7, для кислих — рН<7, для лужних — рН >7.

Величина рН найуспішніше визначається гальванометричним методом, основаним на вимірюванні різниці потенціалів електродних систем, ЕРС яких залежить від активності іонів водню у розчині.

Під терміном "рН-метр", який застосовується досить часто, розуміють систему вимірювання водневого показника (рН), яка складається з вимірювального (скляного) і допоміжного електродів, перетворювача, вимірювального приладу, допоміжних пристроїв та з'єднувальних ліній.

Вимірювальний і допоміжний електроди, звичайно, об'єднуються у чутливий елемент, котрий виконують як занурюваний (для використання у нерухомому розчині) чи проточний (для використання у трубах або лотках, де проходить розчин). Перетворювач являє собою електронний вольтметр чи потенціометр з дуже великим вхідним опором. Частіш за все перетворювач вимірювану ЕРС, що створюється на електродах, переробляє у стандартний сигнал постійного струму величиною 0...5 мА, 0...20 або 4...20 мА. До вимірювального приладу, що приєднують до перетворювача, особливих вимог не ставиться. Необхідно лише аби його границі вимірювання збігалися з номінальним струмом вихідного кола перетворювача та величина його опору не була більшою, ніж передбачено технічним описом приладу (звичайно це 1000 або 2500 Ом, хоча може бути і 40 Ом).

Щодо з'єднувальних ліній та допоміжного устаткування, то є одне серйозне обмеження: опір ізоляції всіх відрізків проводу, що з'єднує вимірювальний електрод з перетворювачем, має бути більшим ніж багато сотень (а то й тисяч) мегом, бо саме наявність менших опорів може суттєво знижувати вимірювану ЕРС цього електрода, власний опір якого становить 200...300 МОм. Цю лінію з'єднання електрода і перетворювача завжди слід виконувати коаксіальним кабелем, що має товсту і високоякісну ізоляцію між центральною жилою і екраном на рівні 5000 МОм на один кілометр довжини.

2. Вимірюванняскладугазовихсумішей

Складу газових сумішей, зокрема наявності окремих домішок у повітрі, на теплових електростанціях та на інших підприємствах централізованого енергопостачання приділяється значна увага. Саме величиною концентрації окремих складових у цих сумішах визначається правильний хід технологічного процесу на окремих ділянках виробництва електричної чи теплової енергії, а іноді й безпека робочого персоналу.

Так, наявність збільшеної кількості твердих часток у димових газах свідчить про неповне згоряння палива і необхідність коригування цього процесу операторами. Про кількість твердих часток у димових газах свідчить їхня оптична щільність. Об'єктивно величину оптичної щільності оцінюють за допомогою димоміра, будову якого показано на рис. 1, а.

Трубу димоміра 5 встановлюють упоперек димоходу 4, чи упоперек відгалуження від нього так, щоб відбивач світла 1, електрична лампа розжарювання 2, конденсор 3, об'єктив 7, термобатарея 8 та два захисних скла 9 були розташовані за межами димоходу, щоб до них було легко доступитись. Труба 5 має декілька широких прорізів 6, довжина яких близька до розміру діаметра (чи ширини) димоходу 4.

Рис. 1 Димомір: а — будова; б — термобатарея

Дим, що проходить уздовж димоходу завдяки наявності широких прорізів 6, вільно заходить у трубу 5 і поглинає частину світла, що несе промінь від лампи 2, Завдяки цьому величина світлового потоку, що досягає термобатареї 8, буде дещо зменшеною, а це призведе до зменшення ЕРС термобатареї Е_т і показань вольтметра чи потенціометра, які встановлені на щиті керування топками. Показання цих приладів функціонально залежатимуть від вмісту твердих часток у димових газах. Чим більшою буде напруга термобатареї, тим прозоріші димові гази, а значить ефективніше використовуватиметься паливо, що надходить у топку. Термобатарея, складена з шести термопар, що з'єднані послідовно, зображена на рис. 1, б. Всі кінці термопар, що підлягають опромінюванню, мають надійний тепловий контакт (але не електричний), з зачорненою металевою платівкою, розміщеною в скляному балоні, крізь стінку якого зібраний об'єктивом 7 промінь нагріває її разом з кінцями термопар. Внутрішній об'єм труби 5 повинен бути надійно відділений склом 9 від об'ємів, у яких розміщено освітлювальну лампу 2 з конденсором 3 та об'єктив 7 з термобатареєю 8.

Освітлювальна лампа живиться від стабілізатора напруги 10, бо величина світлового потоку цієї лампи значною мірою залежить від величини напруги, що її живить, і зміна величини цієї напруги сприятиме появі значних похибок у показаннях димоміра.

На жаль, за показаннями димоміра можна одержати лише первинну інформацію про характер процесу згоряння палива. Детальнішу інформацію можна одержати, аналізуючи хімічний склад суміші газів, що проходить димоходом.

Для аналізу газових сумішей (і не тільки тих, що є у димових газах) користуються електричними газоаналізаторами. Більшість з них розраховано на вимірювання вмісту однієї з компонент газової суміші, наприклад кисню, водню, метану, вуглецевого газу, оксиду вуглецю тощо.

Залежно від виду фізичних явищ, використаних для аналізу, газоаналізатори можуть бути:

· термомагнітними;

· термокондуктометричними;

· оптико-акустичними;

· термохімічними.

Для аналізу складних газових сумішей користуються комбінованими газоаналізаторами, котрі складаються з набору ряду блоків, де кожний блок розрахований на певний метод аналізу вмісту якоїсь з компонент цієї газової суміші.

Термомагнітні газоаналізатори придатні для визначення вмісту кисню у газовій суміші. У цих газоаналізаторах використана здатність кисню, як парамагнітного газу, створювати течію завдяки втягуванню його у проміжок між полюсами магніта і втрачати здатність до такого втягування за відносно невеликого його підігріву. Принципову схему, що пояснює дію термомагнітного газоаналізатора на кисень, показано на рис. 2. У найпростішому вигляді газоаналізатор виконано на основі неврівноваженого мосту для вимірювання електричного опору, де резистори R₁і R₂ — це спіралі з тонкого платинового дроту, котрі є нагрівниками газової суміші. Ця суміш постійним магнітом відхиляється з основного потоку, перемішуваного по кільцевому каналу КК у діаметрально розташовану трубку Д. Об'єм суміші, що відхиляється дією магніта, буде тим більшим, чим більшим є вміст кисню у суміші, що проходить через газоаналізатор.

Рис. 2 Схема термомагнітного газоаналізатора

Таким чином, швидкість проходу суміші діаметральною трубкою буде тим більшою, чим більшим буде вміст кисню в суміші. Потрапляючи у цю трубку, газова суміш нагрівається теплом, що його виділяють платинові резистори R₁і R₂та втрачає свої магнітні якості (тобто не може бути притягнута у зворотному напрямі до магніта), тим самим забезпечується безперервність руху суміші цією трубкою.

Завдяки наявності безперервного потоку газової суміші, ще холодної у лівій частині діаметральної трубки, платиновий резистор R₁охолоджується дещо більше, ніж розташований далі по потоку резистор R₂, повз який проходить вже підігріта суміш. Через різницю температури резисторів R₁і R₂величини їх опорів будуть дещо відмінними, що призводить до розбалансування мосту, створеного резисторами R_l, R₂, R₃, R₄ і до появи відхилення покажчиками магнітоелектричного мілівольтметра МП. І це відхилення буде тим більшим, чим більшим буде вміст кисню у газовій суміші. Регульований резистор R_pпризначений для початкового встановлення напруги на мості.

Для підвищення точності вимірювань термомагнітними газоаналізаторами їх застосовують разом з врівноваженими автоматичними мостами. Основна похибка таких газоаналізаторів з діапазоном вимірювання вмісту кисню 0...10 % не перевищує 5 % від діапазону вимірювання.

Додаткові похибки таких газоаналізаторів зумовлено головним чином наявністю у складі газової суміші, крім кисню, ще й інших складових, які можуть впливати на в'язкість суміші.