Качество питательной воды для паровых котлов оценивается не только солесодержанием, но и наличием растворенного в ней кислорода, вызывающего коррозию металлоконструкций. При хорошо организованной эксплуатации котельных питательная вода подвергается деаэрации (очистке от растворенного кислорода), а контроль за качеством ее осуществляется с помощью автоматических кислородомеров.
Действие современных кислородомеров основано на том, что концентрация кислорода, растворенного в исследуемой воде, прямо пропорциональна содержанию его в водороде, находящемся в замкнутом объеме над этой водой.
В технике измерений наибольшее распространение получили кислородомеры типа РЭК-130, в комплект которых входит змеевиковый холодильник, датчик, питающее устройство и вторичный прибор.
Змеевиковый холодильник предназначен для охлаждения исследуемой воды перед входом в датчик до температуры 25—30° С. Охлаждающим агентом в холодильнике служит водопроводная вода.
Датчик (рис. 104) кислородомера РЭК-130 отличается следующей особенностью устройства и действия. Исследуемая вода после охлаждения в змеевиковом холодильнике поступает в приспособление ί (три концентрически расположенные трубы), служащее для поддержания постоянного гидравлического напора и, следовательно, расхода воды через датчик. Избыток воды из приспособления сливается в дренаж. После напорного устройства вода направляется в кольцевую рубашку металлического блока 2 с двумя стеклянными измерительными камерами: глухой 3 и проточной 4. Из рубашки она проходит трехходовой кран 5 и поступает в контактную трубу 6. Одновременно из электролизера 7, залитого раствором едкого кали, сюда же поступает водород. При этом из питательной воды в газовую смесь проточной камеры непрерывно выделяется кислород. Наличие никелевой спирали 8 улучшает выделение его за счет лучшего контакта воды с газовой (водородной) средой.
Глухая камера датчика заполнена чистым водородом и в ней расположено эталонное сопротивление 9, а в проточной — измерительное 10. Оба сопротивления изготовлены из платиновой проволоки диаметром 0,02 мм и включены в мостиковую схему датчика. Так как интенсивность охлаждения измерительного сопротивления зависит прямо пропорционально от концентрации кислорода в газовой смеси проточной камеры, т. е. от теплопроводности ее, то шкалу вторичного прибора, измеряющего падение напряжения на измерительном сопротивлении, градуируют в мг/л О2 (кислорода).
Питающее устройство (на рисунке не показано) представляет собой стабилизированный источник постоянного тока с двумя выходными напряжениями: 10 и 18 В. Входное напряжение к питающему устройству подводится из сети переменного тока 220 В.
Вторичным прибором кислородомера РЭК-130 является электронный показывающий самопишущий потенциометр типа ПС со шкалой 0—5 мг/л (внешний вид прибора соответствует показанному на рис. 90, а). Проверка нуля автокомпенсатора ПС осуществляется при помощи крана 5, закрывающего доступ исследуемой воды в контактную трубу 6.
ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
Приборы для измерения состава газовых смесей называются газоанализаторами.
С помощью газоанализаторов осуществляется контроль процессов горения, определяется содержание ядовитых и взрывоопасных примесей в воздухе производственных помещений и т. п.
По конструкции автоматические газоанализаторы подразделяются на следующие основные группы: магнитные, электрические, термокондуктометрические.
МАГНИТНЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
В виноделии магнитные газоанализаторы используются для контроля экономичности процесса горения котельных установок. Известно, что потери тепла, а следовательно, и топлива зависят от коэффициента избытка воздуха (отношения практически потребного количества воздуха к теоретически необходимому). Для различных топлив и топок среднее наивыгоднейшее значение этого коэффициента при нормальных условиях работы следующее: для газа 1,1, мазута 1,2, каменных углей 1,3—1,5.
Рис. 105. Газоанализаторы для котельных установок.
а — внешний вид магнитного газоанализатора МН5106; б — схема приемника газоанализатора МН5106; в — схема приемника электрического газоанализатора ГЭУК-21.
Опыты показали, что количество кислорода в дымовых газах котла практически прямо пропорционально коэффициенту избытка воздуха. Таким образом, путем автоматического контроля и регулирования содержания кислорода в дымовых газах можно добиваться самого экономичного расходования топлива в котельных установках.
Для определения содержания и регулирования кислорода в уходящих газах паровых котлов наиболее совершенным прибором оказался газоанализатор типа МН-5106 (рис. 105, а). В комплекте этого прибора имеется система вспомогательных устройств, приемник (датчик) и два вторичных прибора.
Система вспомогательных устройств предназначена для очистки и осушки исследуемого газа. Газовая смесь из газохода котельной установки через керамический фильтр 1, крестовину 2 с вентилем поступает в блок очистки 3, в котором последовательно проходит холодильник, фильтр для очистки смеси от сернистого газа, вторично холодильник и фильтр тонкой очистки (составные элементы блока очистки на рисунке не видны). После очистки анализируемая смесь через вентиль 4 и индикатор расхода 5 поступает в приемник 6.
Контроль давления и расхода газовой смеси через газоанализатор производится жидкостным манометром 7 и индикатором расхода, регулировка этих параметров достигается изменением степени открытия вентилей. Просос газовой смеси через приемник и отвод ее в атмосферу обеспечивается водоструйным насосом 8 (вакуум в насосе создается водопроводной водой, вытекающей из сопла) Отфильтрованная влага сбрасывается через сливной сосуд 9.
Приемник (рис. 105,б) представляет собой компенсационно-мостовую схему из двух измерительных мостов: сравнительного I (R1, R2, R3, R4) и измерительного II (R, R5, R6, R7). Сопротивления R1, R2, R и Rt(измерительные элементы датчика) изготовлены из тонкой платиновой проволоки, a R2, R3, R5 и R6 — из манганиновой. На схеме видно, что измерительные элементы сравнительного моста датчика находятся в камере с воздушной средой, в то время как в измерительном мосте они омываются анализируемым газом. Сопротивления R1 и R подвергнуты воздействию магнитного поля постоянных магнитов. Питание мостов обеспечивается от трансформатора Т. На выходе компенсационно-мостовой схемы включается вторичный прибор.
При наличии в газе кислорода (парамагнитный материал), взаимодействующего с магнитным полем постоянного магнита, на измерительный элемент R действует «магнитный ветер» (явление термомагнитной конвекции, вызванной тем, что другие элементы газовой смеси являются в основном диамагнитными телами). В результате сопротивление R изменяется практически прямо пропорционально процентному содержанию кислорода в анализируемом газе. Шкала вторичного прибора, измеряющего сигнал рассогласования компенсационно-мостовой схемы, градуирована в пределах 0—10% кислорода.
Вторичными приборами, как показано на рис. 105, а, являются автокомпенсатор 10 типа ЭС-2, который выполнен на базе моста ЭМП-209 на шесть точек измерения с трехпозиционным регулирующим устройством одной контрольной точки, и дублирующий прибор 11 типа ЭП-02, созданный на базе электронного показывающего уравновешенного моста ЭМВ с вращающейся шкалой.
Габаритные размеры датчика 520X350X210 мм; масса не превышает 30 кг.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
Из электрических газоанализаторов наибольшее распространение получили автоматические приборы типа ГЭУК-21, предназначенные, как и газоанализаторы МН5106, для контроля качества процесса горения в котельных установках, но по выходу в дымовых газах не кислорода, а углекислоты (СО2).
Подсчитано, что наиболее экономично процесс горения в топках протекает примерно при таких процентных величинах объемного содержания СО2 в дымовых газах: при отоплении мазутом 15,5, каменным углем 18,5, торфом 19,5. Более высокие содержания СО2 в газовых смесях указывают на увеличение потерь топлива по причине недостатка воздуха для горения, и наоборот.
Комплект газоанализатора ГЭУК-21 содержит систему вспомогательных устройств, приемник (датчик) и вторичный прибор.
Система вспомогательных устройств служит для очистки и осушки анализируемой газовой смеси. Весь процесс подготовки пробы у приборов ГЭУК-21 мало чем отличается от того же процесса газоанализаторов МН5106. Существенная разница состоит лишь в том, что в электрическом газоанализаторе на пути поступления пробы к датчику применена электрическая спиральная печь для очистки газовой смеси от водорода и метана путем их сжигания.
Датчик (рис. 105, в) работает по схеме неуравновешенного измерительного моста М. Плечи моста R1, R2,R3 и R с сопротивлением 7 Ом каждое изготовлены из платиновой проволоки диаметром 0,04 мм и длиной 75 мм и помещены в проточные газовые и глухие воздушные камеры. Реостатом R0 устанавливается рабочий нуль, а реостатом R5 — рабочий ток по миллиамперметру (400 mA). Сопротивление R7 служит для подгонки показаний газоанализатора. Питание мосту М подводится от аккумуляторной батареи 10В или от стабилизированного сетевого источника питания.
Когда все четыре камеры заполнены воздухом, измерительный мост находится в равновесном состоянии. При циркуляции исследуемого газа в проточных камерах на выходе датчика появляется сигнал рассогласования, прямо пропорциональный процентному содержанию СО2 в газе. Поэтому шкала вторичного прибора (на схеме не показан) градуирована в процентах СО2.
Прямо пропорциональная зависимость сигнала рассогласования моста М от содержания СО2 в газовой смеси объясняется тем, что теплопроводность СО2 примерно в два раза больше, чем воздуха. Следовательно, сопротивления R2 и R4 проволок будут нагреваться протекающим током до более высокой температуры, чем R1 и R3, и разница в их нагреве (разница в сопротивлениях) будет тем больше, чем больше СО2 содержится в анализируемом газе.
Вторичными приборами являются два параллельно включенных пирометрических милливольтметра: показывающий и самопишущий МСЩПр-054 и показывающий МПЩПр-54 (дублер).
Основная погрешность показаний газоанализаторов ГЭУК-21 не превышает 0,5% при нормальных условиях эксплуатации. Пределы измерения 0—20%. Габаритные размеры датчика 305x230X108 мм; масса не более 10 кг.
Следует отметить, что при выборе газоанализаторов для контроля процесса горения в топках паровых котлов, целесообразнее принимать приборы МН-5106, которые обеспечивают более эффективный контроль, чем приборы ГЭУК-21, благодаря чему содержание кислорода в дымовых газах практически однозначно зависит от коэффициента избытка воздуха.
ТЕРМОКОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
Термокондуктометрические газоанализаторы находят применение для контроля в газовых смесях концентрации сернистого ангидрида (SO2), используемого для сульфитации виноградного и фруктового сока и виноматериалов.
Рис. 106. Термокондуктометрический газоанализатор ГЭБ-У2: а — общий вид датчика; б — схема устройства и работы датчика.
На рис. 106 представлен общий вид и схема устройства и работы датчика термокондуктометрического автоматического газоанализатора типа ГЭБ-У2, предназначенного для непрерывного определения концентрации SO2 в газовых смесях (воздух — сернистый ангидрид). В комплект этого газоанализатора входят вспомогательные устройства, датчик и два вторичных прибора.
Вспомогательные устройства применяются для осушки, очистки и стабилизации скорости газа, проходящего анализ. Исследуемый газ (см. рис. 106,б) через трехходовой кран 1 поступает в склянку 2 с крепкой серной кислотой для осушки и частичного освобождения от механических примесей. Окончательная очистка газа от этих примесей перед входом в датчик 3 достигается в фильтрах 4 и 5. Для стабилизации скорости циркулирующего газа используются маностат 6 и диафрагма 7. Диафрагмы 8 и 9 служат для сглаживания пульсации давления газа и уменьшения запаздывания в показаниях газоанализатора соответственно. С помощью крана 10 делается отбор пробы газа на химический анализ в лабораторию.
Датчик представляет собой латунный блок с двумя камерами: сравнительной 11 и измерительной 12, Первая из них заполнена воздухом, во второй циркулирует анализируемый газ. В камерах помещены измерительные элементы R1 и R2 из тонкой платиновой проволоки, которые включаются в измерительный мост (на схеме не показан).
Принцип действия датчика, как и описанных выше датчиков газоанализаторов, основан на измерении разности теплопроводности исследуемого газа и воздуха. В рассматриваемом датчике интенсивность охлаждения сопротивления R2 в мостиковой схеме значительно слабее, чем R1 за счет того, что теплопроводность SO2 меньше теплопроводности воздуха примерно в три раза.
Вторичными приборами в комплекте газоанализатора ГЭБ-У2 являются малогабаритные электронные автоматические показывающие самопишущие и регулирующие потенциометры ПСР (его внешний вид соответствует показанному на рис. 90, а) и показывающий пирометрический милливольтметр МПЩПр-54.
Проверка нуля вторичных приборов осуществляется путем продувки воздухом измерительной камеры датчика с помощью трехходового крана.
Газоанализатор ГЭБ-У2 характеризуется следующими техническими данными; пределы измерения 0—10, 0—15, 0—20% об.; класс точности 2; питание от сети переменного тока 220 В; габариты датчика (рис. 106, а) 340X357X210 мм; масса 19 кг.
