pobieranie: ciąga analiza spalin
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
Spalanie -gwałtowny proces utleniania paliw, objawiający się efektem
cieplnym i wizualnym (płomieniem). Rozróżniamy następujące rodzaje
spalania:
- spalanie teoretyczne którym nazwano spalanie całkowite i zupełne, w
którym stosunki składników wyjściowych i produktów reakcji są
zgodne ze znanymi z chemii zależnościami stechiometrycznymi.
Głównymi palnymi składnikami paliw są związki węgla i wodoru.
Proces spalania może być niecałkowity i niezupełny.
Spalanie niecałkowite występuje w zasadzie tylko przy paliwach
stałych i charakteryzuje się zawartością części palnych w
odpadach paleniskowych - w żużlu, przesypie i lotnym popiele.
Przyczyną spalania niecałkowitego są niepalne substancje mineralne
tworzące popiół, którego zawartość utrudnia dopalanie się paliwa.
W przypadku spalania niezupełnego w produktach spalania pojawiają się
gazy palne - CO, H2, CH4. Przyczyny spalania niezupełnego mogą być
bardzo różne - za mała ilość doprowadzonego powietrza,
niedostateczne wymieszanie paliwa z utleniaczem, przewlekłe spalanie w
wyniku zbyt niskich temperatur w palenisku i inne.
Paliwa w technice to substancje wydzielające w procesie spalania dużą
ilość energii cieplnej z jednostki masy, produkty ich spalania
stanowią mieszaninę gazów (jako czynnik termodynamiczny), są łatwo
dostępne, ich utleniaczem jest przede wszystkim powietrze atmosferyczne
(stałe: drewno, torf, węgiel kamienny, itd.; płynne; ropa naftowa,
oleje opałowy - mazut, benzyna, nafta, itd.; gazowe: metan, wodór,
tlenek węgla, niższe węglowodory, itd.).
Rozróżnia się także pojęcia takie jak ciepło spalania i wartość
opałową.
Wartość opałowa to ilość wydzielonego ciepła przy całkowitym i
zupełnym utlenieniu jednostki masy paliwa, ale różniące się od
ciepła spalania uwzględnieniem dodatkowego procesu fizycznego
pochłaniającego ciepło na odparowanie wilgoci zawartej w paliwie i
uzyskanej H2O z procesu utleniania wodoru.
Współczynnik nadmiaru powietrza określa ilość powietrza niezbędną
do przeprowadzenia całkowitego i zupełnego procesu spalania. Definiuje
się go jako stosunek ilości powietrza doprowadzonego rzeczywiście do
teoretycznej ilości powietrza.
W praktyce przemysłowej ogranicza się najczęściej kontrolę gazów
spalinowych do oznaczania zawartości CO2, O2 i CO. Wyniki tych
oznaczeń zupełnie wystarczają do ruchowej oceny warunków spalania.
Krzywe udziału procentowego C02, O2 i CO w gazach spalinowych. Wykres,
na którym trzy krzywe przedstawiają zmiany udziałów procentowych CO,
CO2 i O2 w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza. Z
przebiegu krzywej CO2 wykresu wynika, że udziałowi np. 10% CO2 w
gazach spalinowych odpowiadają dwie różne wartości współczynnika
nadmiaru powietrza 2, wskazując raz na niedomiar, drugi raz natomiast
na nadmiar doprowadzanego powietrza. Natomiast krzywa zawartości tlenu
pozwala na jednoznaczne odczytanie udziału CO i CO2 w gazach
spalinowych oraz na odczytanie wielkości współ. .
Uproszczony aparat Orsata
Zasadniczymi elementami aparatu Orsata są: biureta gazowa (miernica) z
płaszczem wodnym, trzy naczynia do absorpcji CO2, CO i O2, oraz
naczynie poziomowe. Biureta jest szczelinie połączona ze wszystkimi
naczyniami absorpcyjnymi za pomocą kapilarnego przewodu rozdzielczego o
małej pojemności. Analizowane spaliny odpyla się za pomocą U-rurki
absorpcyjnej wypełnionej watą szklaną i połączonej rurką gumową z
wlotem aparatu.
Jednym z najstarszych, ale ze względu na swoją dokładność do tej
pory stosowanym „miernikiem spalin”, jest analizator Orsata. Należy
on do analizatorów przenośnych, więc pomiar możliwy jest w każdym
miejscu i w każdych warunkach. Wykonany jest z kolumn szklanych
wypełnionych odczynnikami chemicznymi, połączonych rurkami gumowymi
oraz z rurką szklaną wyposażoną w kurki, i umocowanych w drewnianej
ramie. Każda z tych kolumn służy do oznaczania zawartości innego
związku: CO2, O2, CO. Ponadto aparat wyposażony jest w kolumnę
szklaną o pojemności 100 ml z podziałką, w której znajduje się
woda. Kolumna ta służy do odmierzania pobranej próbki spalin oraz do
wyznaczania udziałów kolejno pochłanianych składników. Aby
umożliwić zasysanie spalin do kolumny, do aparatu dołączone jest
naczynie wypełnione oranżem metylowym, którego podnoszenie lub
obniżanie ułatwia ten zabieg. Pomiar aparatem Orsata jest dość
długotrwały i wymaga dokładności mierzącego. Ilość danego
składnika w spalinach określa ubytek wody w kolumnie odczytany ze
skali. Pomiar dla poszczególnych składników trwa do momentu uzyskania
dwóch takich samych wyników.
Analizatory pracujące na zasadzie podatności magnetycznej gazów.
Największą podatność magnetyczną spośród gazów posiada tlen (100
jednostek) oraz tlenek azotu (44 jednostek). Badany pod względem
zawartości tlenu gaz, jest przepuszczany przez pole magnetyczne silnego
magnesu stałego. W miejscu największego zagęszczenia linii sił pola
magnetycznego, dokąd zdążają samorzutnie cząsteczki tlenu,
umieszcza się spiralę ogrzewaną elektrycznie. W podwyższonej temp.
cząsteczki tlenu tracą właściwości parametryczne i dają się
wypierać przez napływające cząsteczki tlenu zimnego. Szybkość
strumienia tlenu jest proporcjonalna do zawartości tlenu w analizowanym
gazie. Strumień ciepłego tlenu jest kierowany na jedno z ramion
zrównoważonego mostka Wheatstone`a i powoduje zmianę jego oporu.
Zmiana oporu jest wykazywana przez wskaźnik mostka, którego skala jest
wycechowana w procentach objętości tlenu.
Analizatory pracujące na zasadzie absorpcji promieniowania
podczerwonego
Dwie wiązki promieni podczerwonych, wysyłane przez dwie szeregowo
połączone spirale grzejne. jedna wiązka przechodzi przez kuwetę z
badanym gazem, druga przez kuwetę porównawczą z suchym powietrzem lub
azotem nie zawierającym oznaczonego składnika. Dalej obie wiązki
trafiają do komór oddzielonych od siebie membraną i wypełnionych
oznaczanym
składnikiem analizowanej mieszaniny gazów. Gaz w komorach ogrzewa się
niejednakowo. Powstająca skutkiem tego różnica ciśnień z obu stron
membrany kondensatora powoduje okresowe zmiany natężenia prądu
wzmacniacza lampowego sprzężonego ze wskaźnikiem wycechowanym w
procentach objętościowych oznaczonego składnika.
Analizator gazu według Deutza
Wykonanie pomiaru i budowa aparatów według Deutza i Orsata są oparte
na tej samej zasadzie. Operując naczyniem poziomowym wprowadza się do
miernicy 105 cm3 gazu i zamyka się górny ściskacz. Gaz spręża się
nieco ustawiając menisk cieczy zamykającej na dolnej kresie 0—100
cm3, zamyka się ściskacz i wyrównuje jego ciśnienie z atmosferycznym
przez chwilowe otwarcie ściskacza. Po otwarciu ściskacza wyrównuje
się poziomy menisków w miernicy i naczyniu poziomowym. Miernicę
łączy się z chłonica zawierającą roztwór KOH i przetłacza się
gaz z miernicy do chłonicy i z powrotem, aż do całkowitego
pochłonięcia CO2, czyli do momentu, kiedy objętość gazu
pozostałego w miernicy nie ulega zmianie. Ubytek objętości gazu w cm3
odpowiada procentowej zawartości CO2.Ubytek objętości gazu odpowiada
sumie objętości pochłoniętych CO2, CmHn i O2. Pozostały gaz
gromadzi się w zasobniku z roztworem soli. Do miernicy zasysa się 80
cm3 powietrza i 20 cm3 gazu z zasobnika i zamyka się ściskacz.
Miernicę wyjmuje się ze statywu i dla szybszego wymieszania gazów
kilkakrotnie się ją obraca, a następnie z powrotem zamocowuje.
Przewody od elektrod łączy się z zaciskami wtórnego uzwojenia cewki
indukcyjnej i włącza prąd. Po spaleniu się gazów, na skutek
wyładowania iskrowego mierzy się najpierw kontrakcję całkowitą, a
następnie zawartość CO2.
Analizatory pracujące na zasadzie różnego przewodnictwa cieplnego
Do detekcji i ewentualnej rejestracji różnic przewodnictwa cieplnego
badanego gazu w stosunku do powietrza , wykorzystano urządzenia
elektryczne mierzące opory identycznych drucików platynowych w
układzie mostkowym. Dwutlenek węgla zawarty w spalinach posiada
przewodnictwo cieplne blisko dwukrotnie mniejsze od powietrza a zatem
przewodnictwo spalin zależy od udziału CO2. Druciki platynowe są
połączone do wspólnego źródła prądu stałego. Jeśli przez
druciki popłynie prąd o tym samym natężeniu, to po pewnym czasie
druciki umieszczone w atmosferze spalin posiadających mniejsze
przewodnictwo cieplne ogrzeją się silniej od drucików umieszczonych w
atmosferze powietrza. Odpowiednio do różnicy temp. drucików zmienią
się ich opory, a wiec i natężenie mierzone amperomierzem. Aparat ten
może służyć do oznaczania zawartości CO+H2 w spalinach. Dwa druciki
platynowe stanowią stałe opory mostka. W kanale zachodzi na nim
katalityczne utlenianie CO do CO2 oraz H2 do wody. Wywiązane ciepło
zmienia temperaturę i opór drucika, co jest wykazywane przez
miliwoltomierz wyskalowany na zawartość CO+H2 Analizatory pracujące
na zasadzie różnicy gęstości Dwa wentylatory napędzane
silnikiem, obracają się ze stałą i jednakową prędkością około
2500 obr/min, Obrót wentylatorów powoduje zassanie od obu komór
jednakowych ilości spalin i powietrza. Wirowy ruch spalin i powietrza
jest przenoszony na pomiarowe kółka skrzydełkowe. Wypadkowy moment
obrotu, wykazany przez strzałkę, zależy od_ różnicy gęstości
badanego gazu i powietrza.
Analizatory chemiczne
W automatycznych analizatorach chemicznych jest wykorzystana znana
zasada (Orsat) zmian objętości po absorpcji danego składnika gazu
(CO2 lub CO+H2). Zainteresowanie aparatami tego typu do kontroli
procesów spalania maleje z uwagi na konieczność stałego dozoru
laboratoryjnego i dużą bezwładność wskazań.
Analizatory automatyczne
Przy budowie tych aparatów wykorzystano różne właściwości fizyczne
badanych gazów w stosunku do tych samych właściwości powietrza.
Wskazania analizatorów automatycznych umożliwiają ciągłą kontrolę
procesów spalania. Dokładność tych wskazań jest zwykle
wystarczająca, lecz bywa kontrolowana za pomocą analizatorów
nieautomatycznych (Orsata i Deutza).
ciąga analiza spalin
Spalanie -gwałtowny proces utleniania paliw, objawiający się efektem
cieplnym i wizualnym (płomieniem). Rozróżniamy następujące rodzaje
spalania:
- spalanie teoretyczne którym nazwano spalanie całkowite i zupełne, w
którym stosunki składników wyjściowych i produktów reakcji są
zgodne ze znanymi z chemii zależnościami stechiometrycznymi.
Głównymi palnymi składnikami paliw są związki węgla i wodoru.
Proces spalania może być niecałkowity i niezupełny.
Spalanie niecałkowite występuje w zasadzie tylko przy paliwach
stałych i charakteryzuje się zawartością części palnych w
odpadach paleniskowych - w żużlu, przesypie i lotnym popiele.
Przyczyną spalania niecałkowitego są niepalne substancje mineralne
tworzące popiół, którego zawartość utrudnia dopalanie się paliwa.
W przypadku spalania niezupełnego w produktach spalania pojawiają się
gazy palne - CO, H2, CH4. Przyczyny spalania niezupełnego mogą być
bardzo różne - za mała ilość doprowadzonego powietrza,
niedostateczne wymieszanie paliwa z utleniaczem, przewlekłe spalanie w
wyniku zbyt niskich temperatur w palenisku i inne.
Paliwa w technice to substancje wydzielające w procesie spalania dużą
ilość energii cieplnej z jednostki masy, produkty ich spalania
stanowią mieszaninę gazów (jako czynnik termodynamiczny), są łatwo
dostępne, ich utleniaczem jest przede wszystkim powietrze atmosferyczne
(stałe: drewno, torf, węgiel kamienny, itd.; płynne; ropa naftowa,
oleje opałowy - mazut, benzyna, nafta, itd.; gazowe: metan, wodór,
tlenek węgla, niższe węglowodory, itd.).
Rozróżnia się także pojęcia takie jak ciepło spalania i wartość
opałową.
Wartość opałowa to ilość wydzielonego ciepła przy całkowitym i
zupełnym utlenieniu jednostki masy paliwa, ale różniące się od
ciepła spalania uwzględnieniem dodatkowego procesu fizycznego
pochłaniającego ciepło na odparowanie wilgoci zawartej w paliwie i
uzyskanej H2O z procesu utleniania wodoru.
Współczynnik nadmiaru powietrza określa ilość powietrza niezbędną
do przeprowadzenia całkowitego i zupełnego procesu spalania. Definiuje
się go jako stosunek ilości powietrza doprowadzonego rzeczywiście do
teoretycznej ilości powietrza.
W praktyce przemysłowej ogranicza się najczęściej kontrolę gazów
spalinowych do oznaczania zawartości CO2, O2 i CO. Wyniki tych
oznaczeń zupełnie wystarczają do ruchowej oceny warunków spalania.
Krzywe udziału procentowego C02, O2 i CO w gazach spalinowych. Wykres,
na którym trzy krzywe przedstawiają zmiany udziałów procentowych CO,
CO2 i O2 w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza. Z
przebiegu krzywej CO2 wykresu wynika, że udziałowi np. 10% CO2 w
gazach spalinowych odpowiadają dwie różne wartości współczynnika
nadmiaru powietrza 2, wskazując raz na niedomiar, drugi raz natomiast
na nadmiar doprowadzanego powietrza. Natomiast krzywa zawartości tlenu
pozwala na jednoznaczne odczytanie udziału CO i CO2 w gazach
spalinowych oraz na odczytanie wielkości współ. .
Uproszczony aparat Orsata
Zasadniczymi elementami aparatu Orsata są: biureta gazowa (miernica) z
płaszczem wodnym, trzy naczynia do absorpcji CO2, CO i O2, oraz
naczynie poziomowe. Biureta jest szczelinie połączona ze wszystkimi
naczyniami absorpcyjnymi za pomocą kapilarnego przewodu rozdzielczego o
małej pojemności. Analizowane spaliny odpyla się za pomocą U-rurki
absorpcyjnej wypełnionej watą szklaną i połączonej rurką gumową z
wlotem aparatu.
Jednym z najstarszych, ale ze względu na swoją dokładność do tej
pory stosowanym „miernikiem spalin”, jest analizator Orsata. Należy
on do analizatorów przenośnych, więc pomiar możliwy jest w każdym
miejscu i w każdych warunkach. Wykonany jest z kolumn szklanych
wypełnionych odczynnikami chemicznymi, połączonych rurkami gumowymi
oraz z rurką szklaną wyposażoną w kurki, i umocowanych w drewnianej
ramie. Każda z tych kolumn służy do oznaczania zawartości innego
związku: CO2, O2, CO. Ponadto aparat wyposażony jest w kolumnę
szklaną o pojemności 100 ml z podziałką, w której znajduje się
woda. Kolumna ta służy do odmierzania pobranej próbki spalin oraz do
wyznaczania udziałów kolejno pochłanianych składników. Aby
umożliwić zasysanie spalin do kolumny, do aparatu dołączone jest
naczynie wypełnione oranżem metylowym, którego podnoszenie lub
obniżanie ułatwia ten zabieg. Pomiar aparatem Orsata jest dość
długotrwały i wymaga dokładności mierzącego. Ilość danego
składnika w spalinach określa ubytek wody w kolumnie odczytany ze
skali. Pomiar dla poszczególnych składników trwa do momentu uzyskania
dwóch takich samych wyników.
Analizatory pracujące na zasadzie podatności magnetycznej gazów.
Największą podatność magnetyczną spośród gazów posiada tlen (100
jednostek) oraz tlenek azotu (44 jednostek). Badany pod względem
zawartości tlenu gaz, jest przepuszczany przez pole magnetyczne silnego
magnesu stałego. W miejscu największego zagęszczenia linii sił pola
magnetycznego, dokąd zdążają samorzutnie cząsteczki tlenu,
umieszcza się spiralę ogrzewaną elektrycznie. W podwyższonej temp.
cząsteczki tlenu tracą właściwości parametryczne i dają się
wypierać przez napływające cząsteczki tlenu zimnego. Szybkość
strumienia tlenu jest proporcjonalna do zawartości tlenu w analizowanym
gazie. Strumień ciepłego tlenu jest kierowany na jedno z ramion
zrównoważonego mostka Wheatstone`a i powoduje zmianę jego oporu.
Zmiana oporu jest wykazywana przez wskaźnik mostka, którego skala jest
wycechowana w procentach objętości tlenu.
Analizatory pracujące na zasadzie absorpcji promieniowania
podczerwonego
Dwie wiązki promieni podczerwonych, wysyłane przez dwie szeregowo
połączone spirale grzejne. jedna wiązka przechodzi przez kuwetę z
badanym gazem, druga przez kuwetę porównawczą z suchym powietrzem lub
azotem nie zawierającym oznaczonego składnika. Dalej obie wiązki
trafiają do komór oddzielonych od siebie membraną i wypełnionych
oznaczanym
składnikiem analizowanej mieszaniny gazów. Gaz w komorach ogrzewa się
niejednakowo. Powstająca skutkiem tego różnica ciśnień z obu stron
membrany kondensatora powoduje okresowe zmiany natężenia prądu
wzmacniacza lampowego sprzężonego ze wskaźnikiem wycechowanym w
procentach objętościowych oznaczonego składnika.
Analizator gazu według Deutza
Wykonanie pomiaru i budowa aparatów według Deutza i Orsata są oparte
na tej samej zasadzie. Operując naczyniem poziomowym wprowadza się do
miernicy 105 cm3 gazu i zamyka się górny ściskacz. Gaz spręża się
nieco ustawiając menisk cieczy zamykającej na dolnej kresie 0—100
cm3, zamyka się ściskacz i wyrównuje jego ciśnienie z atmosferycznym
przez chwilowe otwarcie ściskacza. Po otwarciu ściskacza wyrównuje
się poziomy menisków w miernicy i naczyniu poziomowym. Miernicę
łączy się z chłonica zawierającą roztwór KOH i przetłacza się
gaz z miernicy do chłonicy i z powrotem, aż do całkowitego
pochłonięcia CO2, czyli do momentu, kiedy objętość gazu
pozostałego w miernicy nie ulega zmianie. Ubytek objętości gazu w cm3
odpowiada procentowej zawartości CO2.Ubytek objętości gazu odpowiada
sumie objętości pochłoniętych CO2, CmHn i O2. Pozostały gaz
gromadzi się w zasobniku z roztworem soli. Do miernicy zasysa się 80
cm3 powietrza i 20 cm3 gazu z zasobnika i zamyka się ściskacz.
Miernicę wyjmuje się ze statywu i dla szybszego wymieszania gazów
kilkakrotnie się ją obraca, a następnie z powrotem zamocowuje.
Przewody od elektrod łączy się z zaciskami wtórnego uzwojenia cewki
indukcyjnej i włącza prąd. Po spaleniu się gazów, na skutek
wyładowania iskrowego mierzy się najpierw kontrakcję całkowitą, a
następnie zawartość CO2.
Analizatory pracujące na zasadzie różnego przewodnictwa cieplnego
Do detekcji i ewentualnej rejestracji różnic przewodnictwa cieplnego
badanego gazu w stosunku do powietrza , wykorzystano urządzenia
elektryczne mierzące opory identycznych drucików platynowych w
układzie mostkowym. Dwutlenek węgla zawarty w spalinach posiada
przewodnictwo cieplne blisko dwukrotnie mniejsze od powietrza a zatem
przewodnictwo spalin zależy od udziału CO2. Druciki platynowe są
połączone do wspólnego źródła prądu stałego. Jeśli przez
druciki popłynie prąd o tym samym natężeniu, to po pewnym czasie
druciki umieszczone w atmosferze spalin posiadających mniejsze
przewodnictwo cieplne ogrzeją się silniej od drucików umieszczonych w
atmosferze powietrza. Odpowiednio do różnicy temp. drucików zmienią
się ich opory, a wiec i natężenie mierzone amperomierzem. Aparat ten
może służyć do oznaczania zawartości CO+H2 w spalinach. Dwa druciki
platynowe stanowią stałe opory mostka. W kanale zachodzi na nim
katalityczne utlenianie CO do CO2 oraz H2 do wody. Wywiązane ciepło
zmienia temperaturę i opór drucika, co jest wykazywane przez
miliwoltomierz wyskalowany na zawartość CO+H2 Analizatory pracujące
na zasadzie różnicy gęstości Dwa wentylatory napędzane
silnikiem, obracają się ze stałą i jednakową prędkością około
2500 obr/min, Obrót wentylatorów powoduje zassanie od obu komór
jednakowych ilości spalin i powietrza. Wirowy ruch spalin i powietrza
jest przenoszony na pomiarowe kółka skrzydełkowe. Wypadkowy moment
obrotu, wykazany przez strzałkę, zależy od_ różnicy gęstości
badanego gazu i powietrza.
Analizatory chemiczne
W automatycznych analizatorach chemicznych jest wykorzystana znana
zasada (Orsat) zmian objętości po absorpcji danego składnika gazu
(CO2 lub CO+H2). Zainteresowanie aparatami tego typu do kontroli
procesów spalania maleje z uwagi na konieczność stałego dozoru
laboratoryjnego i dużą bezwładność wskazań.
Analizatory automatyczne
Przy budowie tych aparatów wykorzystano różne właściwości fizyczne
badanych gazów w stosunku do tych samych właściwości powietrza.
Wskazania analizatorów automatycznych umożliwiają ciągłą kontrolę
procesów spalania. Dokładność tych wskazań jest zwykle
wystarczająca, lecz bywa kontrolowana za pomocą analizatorów
nieautomatycznych (Orsata i Deutza).
