CC BY
54
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №9/2016 ISSN 2410-6070_
УДК 543.27.08
А.Ю.Васильев
студент кафедры Промышленная теплоэнергетика
Д.Р. Яппаров
студент кафедры Промышленная теплоэнергетика
Ф.М.Хафизов
доцент кафедры Промышленная теплоэнергетика ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
г.Уфа, Российская Федерация
КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ГОРЕНИЯ
Аннотация
Представлено описание кислородных датчиков, принцип их работы и способы повышения экономичности промышленных установок при их использовании вместе с горелочными устройствами.
Ключевые слова
Горелочное устройство, кислородный датчик, неполное сгорание, коэффициент избытка воздуха.
Кислородные датчики предназначены для определения концентрации кислорода в уходящих газах [1, с.375]. Его количество зависит от соотношения топлива и воздуха в смеси, подаваемой горелкой в зону горения [2, с.241].
В процессах горения в качестве окислителя используется кислород, содержащийся в воздухе. В процессе сгорания компонентов топлива выделяется теплота [3, с.194]. Например, при полном сгорании 1 кг углерода выделяется 33600 кДж теплоты и образуется диоксид углерода, а при неполном - 9900 кДж и образуется монооксид углерода. Соответственно, чем больше концентрация кислорода в уходящих газах, тем больше неполнота сгорания топлива в топке.
Существует такой параметр топливно-воздушной смеси, как коэффициент избытка воздуха. Он показывает отношение действительного количества воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха.
Теоретическое количество определяется из стехиометрических соотношений, исходя из условия окисления всех горючих компонентов топлива. Действительное количество воздуха определяется избыточным объемом воздуха, подаваемого на горение, которое обеспечивает хорошее смесеобразование и, соответственно, полное сгорание элементов топлива во всем объеме топочной камеры.
где СС - коэффициент избытка воздуха, 1д - действительное необходимое количество воздуха, Ц. -
теоретическое необходимое количество воздуха.
Для каждого вида топлива и способа его сжигания коэффициент избытка воздуха различен. Например, для газообразного топлива, сжигаемого в котлах, его значение может колебаться в диапазоне
= 1,05-1,1.
Произведя модернизацию, горелочные устройства, за счет сигналов, получаемых с кислородного датчика, будут настраивать оптимальное соотношение подаваемого воздуха и топлива, что позволит улучшить процесс горения и уменьшить расход топлива на технологический процесс [4, с.381].
Существуют два основных вида датчиков определения концентрации кислорода в уходящих газах [5, с.325]. Это датчики на основе двуокиси циркония, которые также называются циркониевыми, и на основе двуокиси титана. Первые работают по принципу выработки напряжения, вторые - изменения сопротивления.
Датчики концентрации кислорода устанавливаются непосредственно в печах или дымовых трубах.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №9/2016 ISSN 2410-6070_
По своей сути циркониевый кислородный датчик является гальванической батареей. На поверхности циркония расположены пористые внешний и внутренний электроды, изготовленные из платины. Воздух подается на внутренний электрод, который является сравнительным, для обеспечения постоянного парциального давления кислорода, в то же время он является одним из полюсов гальванической батареи. Измеряемый газ поступает на внешний электрод, который является измерительным и, в то же время, вторым полюсом. Двуокись циркония в этом соединении служит электролитом. Между электродами образуется разность потенциалов, которая пропорциональна концентрации кислорода. Пористая керамическая защитная пластина предохраняет электрод от разрушения уходящими газами.
Особенность циркониевых датчиков заключается в том, что они имеют резкоизменяющуюся характеристику, очень похожую на "релейную", при малом изменении коэффициента избытка воздуха. При недостатке воздуха напряжение резко растет и отправляет соответствующий сигнал на горелочное устройство для повышения избытка воздуха, при избытке воздуха напряжение резко падает - горелочное устройство получает сигнал о необходимости уменьшить избыток воздуха.
Кислородный датчик из диоксида титана работает иначе (рисунок 1). Принцип его работы основывается на изменении электрического сопротивления под воздействием кислорода воздуха. При повышенном содержании кислорода в уходящих газах сопротивление диоксида титана увеличивается, при пониженном содержании кислорода - уменьшается.
Использование подобных датчиков может существенно снизить расход топлива промышленными, энергетическими котлами, а также котлами утилизаторами, печами и другими использующими топливо технологическими установками, что повысит экономичность предприятий и снизит количество вредных выбросов.
Список использованной литературы:
1. Бурдыгина Е.В., Сулейманов А.М., Хафизов Ф.М. Анализ работы технологических печей с целью повышения их энергоэффективности//в сб.: Трубопроводный транспорт-2012, Материалы VIII Международной учебно-научно-практической конференции, 2012. - С.375 - 377.
2. Хафизов Ф.М., Сулейманов А.М., Бурдыгина Е.В. Энергосбережение при реконструкции производственной котельной с паровыми котлами: в сборнике: Трубопроводный транспорт-2011: Материалы VII Международной учебно-научно-практической конференции, 2011. - С.241-243.
3. Хафизов Ф.М., Трофимов А.Ю. Определение тепловых потерь с поверхности котлов//Трубопроводный транспорт-2006: в книге Тезисы докладов Международной учебно-научно-практической конференции.-Уфа:УГНТУ, 2006. - С.194-196.
4. Сулейманов А.М. Что влияет на окупаемость мини-ТЭЦ?: в сборнике: Трубопроводный транспорт -2016: Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции, 2016. - С.381-382.
5. Хаматдинова А.В., Смородова О.В. Приборный контроль состояния газовоздушной среды на предприятиях нефтепереработки//Технологии техносферной безопасности. - 2015. - №4(62). - С.325 - 331.
хомут
фильтр датчик
поток газа защитная пластина
Рисунок 1 - Конструкция кислородного датчика
© Васильев А.Ю., Яппаров Д.Р., Хафизов Ф.М., 2016.
