 |
 |
 |
 |
 |
|
|
|
|
|
3. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПЕРЕРАСЧЁТА РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Величины получаемые от прямых измерений (O2, CO, NO)
3.2. Расчёт концентрации двуокиси углерода
3.3. Расчёт концентрации окисей азота NOx
3.4. Концентрация ?неразрежённой? окиси углерода COundil
3.5. Массовые концентрации газовых компонентов
3.5.1. Абсолютные массовые концентрации компонентов
3.5.2. Массовые концентрации по отношению к содержанию кислорода
3.6. Расчёты параметров сгорания
3.8. Влияние топливных параметров на точность результатов расчётов
3.9. Принципы усреднения измерительных результатов
При непосредственных измерениях получаем значения температур: окружающей среды и газов сгорания, а также концентрации тех компонентов газа, которые можно обнаружить при помощи самостоятельных электрохимических датчиков. Показания электрохимических датчиков пропорциональны объёмным концентрациям обнаруживаемых компонентов, выраженных в [ppm] - миллионные доли.
При непосредственных измерениях получаем следующие измерительные величины:
| температуру газов сгорания Tгаз в [oC] |
| температуру окружающей среды Tamb в [oC] |
| объёмные концентрации CO в [ppm] |
| объёмные концентрации NO (или другого опционального датчика) в [ppm] |
| объёмные концентрации O2 в [%] |
| электрические величины U1, U2, I1, I2 |
| температуры PT1, PT2, TH1, TH2 |
Кубическое содержание двуокиси углерода (выраженное в [% vol]) не получается от непосредственных измерений, но вычисляется на основании измерённой концентрации кислорода и параметра CO2max, свойственного данному топливу. Формула (представляет зависимость по которой анализатор рассчитывает объёмную концентрацию CO2:
Как известно, в газах сгорания, рядом с окисью азота NO, содержатся также высшие окиси, в том числе, главным образом NO2. Концентрацию окисей азота выраженную в [ppm] можно с большой точностью выразить как сумму концентрации NO и NO2. Установка GA-40 в общем не имеет датчика двуокиси азота NO2, а только датчик окиси азота NO. Существует однако возможность оценки содержания NOx на основании измерённого количества NO. Чаще всего предполагается что окись азота NO в газах сгорания составляет ок. 95 % общего числа окисей азота NOx. В таком случае GA-40 производит общую оценку концентрации окисей азота NOx по следующей формуле:
Если потребитель желает какое-то другое соотношение в перерасчёте NOx из NO, тогда следует ввести его значение в процентах в опционе главного меню ПАРАМЕТРЫ. Стандартно принято 95 %.
В случае когда анализатор оснащён датчиками NO и NO2 тогда содержание NOx рассчитывают по формуле:
Для освобождения от зависимости оценки содержания окиси углерода в газах сгорания от избытка воздуха, при котором происходит процесс сгорания, вводят понятие концентрации неразрежённой окиси углерода COundil (эту величину называют также концентрацией СО перерассчитанной на 0 % O2). Значение COundil рассчитывают по нижеуказанной формуле:
где:
| CO | объёмная концентрация CO в [ppm] |
| λ | коэффициент избытка воздуха |
Как видно по формуле, концентрация неразрежённого CO является гипотетической концентрацией, какая могла бы существовать, если бы то же самое количество окиси углерода содержалось в газах сгорания при сгорании без избытка воздуха (при l1, т.е. O2 = 0 %).
GA-40 производит также перерасчёт концентраций выраженных в [ppm] на массовые концентрации выраженные в [mg/m3]. Массовые концентрации газовых компонентов зависят от давления и температуры газа. Для того, чтобы сравнить результаты введено понятие так называемого условного режима - это условные значения температуры и давления на какие перерассчитывается массовые концентрации компонентов. В установке GA-40 принят условный режим - 1000 hPa и 0?C
Следует обратить внимание, что анализатор даёт два разных значения выраженные в [mg/m3] это так наз. абсолютные массовые концентрации и массовые концентрации по отношению к кислороду. Эти значения часто путают - в следующих пунктах будет подробно объяснён способ их вычисления и разницы между ними.
Абсолютные массовые концентрации определяют, сколько миллиграмм данного газа содержится в 1 m3 газов сгорания при условном режиме (1000 hPa, 0?C). Значения этих концентраций перерассчитывают с концентраций выраженных в [ppm] при использовании коэффициентов А из таблицы 6, по следующей формуле (формула приведена в качестве примера для концентрации СО):
где:
CO[mg/m3] - абсолютная массовая концентрация СО в газах сгорания (для данного условного режима)
CO[ppm] -абсолютная объёмная концентрация CO в газах сгорания (по измерении)
ACO -коэффициент перерасчёта по таблице 6
|
ГАЗ
|
A -
 |
| CO | 1,250 |
| NO | 1,340 |
| SO2 | 2,860 |
| NO2, NOx | 2,056 |
| H2S | 1,520 |
| H2 | 0,089 |
| HCl | 1,693 |
| Cl2 | 3,220 |
| HCN | 1,205 |
Примечание: Массовая концентрация окисей азота NOx вычисляется анализатором (по стандарту) при использовании коэффициента для двуокиси азота NO2.
Массовые концентрации вычисленные GA-40 можно сравнить с результатами полученными по другим методам (или на других анализаторах) исключительно тогда, когда оба расчёты произведены при одинаковом условном режиме.
в газах сгорания
Наряду с абсолютными массовыми концентрациями производится расчёт массовых концентраций по отношению к (взвешиваемые по ) количеству кислорода в газах сгорания. Концентрация данного компонента по отношению к содержанию кислорода рассчитывается по формуле (примерно для значения CO):
COrel - содержание CO по отношению к кислороду выраженное в [mg/m3]
O2ref - кислород отнесения, условный параметр, выбираемый путём указания топлива или подаваемый независимо от клавиатуры, выраженный в [% vol]
O2meas - измерённое содержание O2 в газах сгорания, выраженное в [%vol]
20,95% - содержание кислорода в чистом воздухе
CO - измерённое содержание CO в газах сгорания выраженное в [mg/m3] (абсолютная массовая концентрация)
По той же формуле рассчитывают величину концентрации по отношению к содержанию кислорода для окиси азота NO а также других газов.
Значения концентраций по отношению к содержанию кислорода введены для того, чтобы освободить от зависимости оценку концентраций от параметров сгорания. Aбсолютное значение (т.е. выраженное в [ppm]) можно неестествено уменьшить ведя процесс сгорания при увеличенном избытке воздуха (большое содержание О2 в газах сгорания). Однако это ещё не означает, что уменьшению подвергается полная эмиссия. Формула, рассчитывающая концентрацию по отношению к кислороду, учитывает содержание кислорода в газах сгорания, освобождая таким образом, от зависимости результативное значение от коэффициента избытка воздуха.
Параметр O2ref - кислород отнесения это условное значение. Стандарты рекомендуют разные значения этого параметра для разного топлива. В установке GA-40 значение кислорода отнесения может быть принято автоматически при выборе топлива (так называемый автоматический выбор кислорода отнесения) или введено оператором по клавиатуре (т.наз. ручной выбор кислорода отнесения).
Относительные массовые концентрации paссчитанные при двух разных измерениях можно только тогда сравнивать, когда для обоих перерасчётов принят одинаковый кислород отнесения и одинаковыйу словный режим.
Примечание: Если измерённое значение кислорода ниже значения кислорода отнесения тогда относительная концентрация рассчитанная по формуле 6 была бы меньше абсолютной концентрации. Чтобы не допустить до такого неестественного уменьшения значения, в случае когда O2meas < O2ref, вместо значений относительных концентраций анализатор даёт значения абсолютных концентраций.
Наряду измерением параметров касающихся состава газов сгорания, анализатор производит расчёты некоторых параметров сгорания. Формулы, по которым ведутся расчёты параметров сгорания являются эмпирическими формулами. Установка GA-40 рассчитывает параметры сгорания согласно правилам, предусмотренным стандартом DIN.
Самым главным тепловым параметром является количество тепла конвектированного газами сгорания в окружающую среду - так наз. потеря дымовой трубы SL. Потерю дымовой трубы рассчитывают по эмпирической формуле называемой формулой Зигерта (Siegert). Стандарты DIN требуют использовать формулу Зигерта в ниже указанном виде.
где:
SL - потеря дымовой трубы - процентное количество тепла выделенного в процессе сгорания и конвектированного с газами сгорания
Tgas - температура газов сгорания
Tamb - температура входного воздуха котла (принимаемая анализатором как температура окружающей среды)
CO2 - рассчитано (на основании содержания кислорода и CO2max) количество CO2 в газах сгорания, выраженное в [%vol]
A1, B - коэффициенты характерные для данного топлива (смотри таблица топлив)
Примечание: Некоторые европейские стандарты рекомендуют другие способы рассчёта потери дымовой трубы. Формулу Зигерта часто модифицируют путём увеличения потери дымовой трубы на некоторую постоянную величину. GA-40 позволяет производить такого рода модификацию рассчётов (т.е. может увеличивать потерю дымовой трубы на постоянное значение 9,9%) - смотри описание подопциона DEVICE SETTINGS из главного меню.
На основании рассчитанной потери дымовой трубы анализатор оценивает энергетический коэффициент полезного действия процесса сгорания h (нельзя путать с коэффициентом полезного действия котла).
где:
? - коэффициент полезного действия при сгорании
Выше указанная формула предполагает, что единственной величиной, вызывающей уменьшение коэффициента полезного действия при сгорании является потеря дымовой трубы. Следовательно не учитывает потери неполного сгорания, потери на излучение и т.п. Такое упрощение вытекает из того, что при помощи анализатора газов сгорания не возможно измерение значений других потерей. Имея в виду такое упрощение, следует помнить, что рассчитанного таким образом коэффициента полезного действия нельзя принимать как точное значение. Однако коэффицент полезного действия рассчитанный таким образом, является очень выгодным. Как сравнительный параметр при регулировке топки. Формула, несмотря на упрощение, точно отдаёт тенденции изменений коэффициента полезного действия т.е. позволяет наблюдать, растёт ли коэффициент полезного действия или уменьшается. Это вполне достаточная информация при регулировке.
Существует однако возможность учёта снижения коэффициента полезного действия путём неполного сгорания (недожога). Эта потеря описана величиной, называемой потерей путём недожога IL. Определяет она процентную потерю тепла, вызванную наличием горючих газов (конкретно СО) в газах сгорания.
Потерю путём недожога рассчитывают, oпираясь на измерённое содержание CO в газах сгорания, по формуле:
где:
CO, CO2 - кубическое содержание соотв. CO и CO2 в газах сгорания
? - коэффициент свойственный данному топливу
Расчёт IL позволяет внести поправку в рассчитанный раньше (формула ) коэффициент полезного действия. Следовательно рассчитывают разницу коэффициента полезного действия h и потери путём недожога IL:
Последним параметром сгорания рассчитываемым GA-40 является коэффициент избытка воздуха l. Этот коэффициент определяет, сколько раз количество воздуха, поставляемого к котлу больше, чем минимальное количество необходимое для полного сгорания топлива. Установка рассчитывает коэффициент λ на основании известного данному топливу значения CO2max а также измерённого содержания CO2 в газах сгорания по формуле:
Выше указанную формулу можно, пользуясь формулой 1, преобразовать следующим образом:
Основанием для правильного определения значений, описывающих процесс сгорания является знание топливных параметров. Анализатор GA-40 имеет надёжно записанные параметры топливного набора. Эти топлива определяют как стандартные топлива. В таблице 7 указаны параметры описывающие стандартные топлива хранимые в запоминающем устройстве.
| l.p. | Род топлива | CO2max | A1 | B | ? | O2ref | Heating value |
| 1. | Light oil | 15.4 | 0.500 | 0.007 | 52 | 3 | 37.80 MJ/kg |
| 2. | Natural gas | 11.7 | 0.370 | 0.009 | 32 | 3 | 37.35 MJ/m3 |
| 3. | Town gas | 13.1 | 0.350 | 0.011 | 32 | 3 | 16.34 MJ/m3 |
| 4. | Coke-oven gas | 10.2 | 0.290 | 0.011 | 32 | 3 | |
| 5. | Liquid gas | 14.0 | 0.420 | 0.008 | 32 | 3 | |
| 6. | Bio-diesel | 15.7 | 0.457 | 0.005 | 52 | 3 | 37.40 MJ/kg |
| 7. | Extra light oil | 15.3 | 0.590 | 0 | 52 | 3 | 42.70 MJ/kg |
| 8. | Heavy oil | 15.9 | 0.610 | 0 | 52 | 3 | 39.90 MJ/kg |
| 9. | Coal-tar oil | 18.0 | 0.650 | 0 | 52 | 3 | 38.80 MJ/kg |
| 10. | Natural gas with fan | 12.1 | 0.460 | 0 | 32 | 3 | 37.35 MJ/m3 |
| 11. | Town gas with fan | 10.0 | 0.380 | 0 | 32 | 3 | 16.34 MJ/m3 |
| 12. | Propane with fan | 13.7 | 0.500 | 0 | 32 | 3 | 93.60 MJ/m3 |
| 13. | Propane | 13.7 | 0.475 | 0 | 32 | 3 | 93.60 MJ/m3 |
| 14. | Butane with fan | 14.1 | 0.500 | 0 | 32 | 3 | 128.00 MJ/m3 |
| 15. | Butane | 14.1 | 0.475 | 0 | 32 | 3 | 128.00 MJ/m3 |
| 16. | Biogas with fan | 11.7 | 0.780 | 0 | 32 | 3 | 24.00 MJ/m3 |
| 17. | Biogas | 11.7 | 0.710 | 0 | 32 | 3 | 24.00 MJ/m3 |
| 18. | Mineral coal HV 31.5 | 18.8 | 0.683 | 0 | 69 | 11 | 31.50 MJ/kg |
| 19. | Mineral coal HV 30.3 | 18.5 | 0.672 | 0 | 69 | 11 | 30.30 MJ/kg |
| 20. | Lignite HV 8.2 | 19.1 | 1.113 | 0 | 69 | 11 | 8.20 MJ/kg |
| 21. | Lignite HV 9.4 | 19.1 | 0.988 | 0 | 69 | 11 | 9.40 MJ/kg |
| 22. | Dry wood | 19.4 | 0.650 | 0 | 69 | 11 | 15.30 MJ/kg |
В таблице 7 указаны следующие параметры:
CO2max максимальное содержание двуокиси углерода в газах сгорания, величина свойственна данному топливу. Это параметр определяющий какое количество двуокиси углерода появится в газах сгорания, если процесс сгорания будет происходить при коэффициенте избытка воздуха ? равном 1.
A1, B коэффициенты в эмпирической формуле Siegerta.
- коэффициент для расчёта потери путём недожога.
Следует принимать:
= 69 для твёрдых топлив
= 52 для жидких топлив
= 32 для газообразных топлив
O2rel - кислород отнесения - параметр для pасчёта относительного содержания компонентов (формула 4). Это условная величина. Польские стандарты рекомендуют 5 или 6 %. В таблице по стандарту DIN принято: для твёрдых топлив - 11 %, для газообразных и жидких - 3 %
HV - теплотворная способность топлива (heating value) - количество энергии выделяемой при полном сгорании одного килограмма (или 1 m3 в случае газов) топлива.
Как уже было упомянуто, GA-40 не измеряет содержания двуокиси углерода, но производит её расчёт на основании измерённого содержания кислорода и параметра CO2max. На основании так рассчитанного содержания CO2 рассчитывают затем потерю дымовой трубы, коэффициент полезного действия при сгорании и потерю путём недожога. Из этого видно, что параметры топлива, авособенност изначение CO2max, имеют основное влияние на расчёт тепловых параметров.
Следующие результаты рассчитываемые GA-40 зависят от топливных параметров:
H содержание CO2 - зависит от CO2max
H потеря дымовой трубы SL - зависит от CO2max а также A1 и B
H коэффициент полезного действия ? и ?* - зависит от CO2max а также А1 и В
H потеря путём недожога IL - зависит от CO2max а также ?
Как видно по формуле значение коэффициента избытка воздуха независитот параметров топлива. От топливных параметров не зависят также результаты измерений газовых величин (за исключением упомянутого уже CO2) и конечно результаты измерений температуры и электрических величин.
Следует обратить внимание, что ни в одной формуле перерасчёта не появляется теплотворная способность топлива HV. Этот параметр неоказывает влияния нинаодин измерительный результат представленный GA-40.
Все результаты измерений и рассчётов производимых GA-40 могут быть представлены так в виде моментальных значений как и в виде усреднённых значений за определённый промежуток времени. Время усреднения вводит оператор и находится оно в пределах 10 секунд .... 60 минут. Введение времени усреднения составляющего 1 мин. означает, что на экранах представляющих средние значения, результаты будут изменяться по истечении каждой минуты. До истечения первой минуты усреднённые результаты не существуют и замещают их на экранах ряды чёрточек.
Для графики и непрерывной записи в запоминающее устройство используются исключительно усреднённые результаты. Пункт на графике и отдельная запись в запоминающее устройство соответствует промежутку времени усреднения.
| Ситуация | Прекращение усреднения |
| изменение времени усреднения | да |
| изменение кислорода отнесения | да |
| изменение топлива | да |
| изменение набора переменных выбранных для усреднения | да |
| вход/выход в порядок скорая помощь | да |
Таблица 7: Ситуации вызывающие прекращение усреднения.
Если во время работы установки оператор изменит какой-либо измерительный параметр (нпр изменит топливо или время усреднения) тогда следует начать процесс усреднения заново. Прекращение процесса усреднения означает также прекращение непрерывной записи в запоминающее устройство. В тавлице нр 8 представлены все ситуации, в которых происходит прекращение усреднения.
Общее число измерительных величин устанавливаемых анализатором, превышает 20. Только 9 избранных значений запоминается во время непрерывной записи в запоминающее устройство. В таблице нр 9 указана сводка всех измерительных величин устанавливаемых анализатором вместе с их символами. Переменные в затенённых полях таблицы это так называемые первичные переменные - т.е. переменные, которые нельзя установить по другим величинам (они вытекают прямо из измерения). Только первичные переменные можно выбирать к непрерывной записи.
| Символ | Описание |
| O2 | Содержание кислорода |
| CO | Содержание окиси углерода |
| NO | Содержание NO |
| NOx | Содержание NOx |
| SO2 | Содержание SO2 |
| U1, U2 | Напряжения из каналов 1 и 2 |
| I1, I2 | Токи из каналов 1и 2 |
| COrel | Относительные массовые концентрации СО |
| NOrel | Относительные массовые концентрации NO |
| NOxrel | Относительная массовая концентрация NOx |
| SO2rel | Относительные массовые концентрации SO2 |
| CO2 | Содержание CO2 |
| SL | Потеря дымовой трубы |
| LAMBDA | Коэффициент избытка воздуха (λ) |
| PRESS. | Давление |
| COu | CO неразрежённое |
| ETA | Коэффициент полезного действия при сгорании (?) |
| IL | Потеря путём недожога |
Таблица 8: Сводка переменных устанавливаемых анализатором