Методы контроля концентрации пыли, основанные на предварительном ее осаждении - Контроль промышленных выбросов

Последовательность операций при измерении концентрации пыли.

Методы измерения концентрации пыли данной группы включают следующие основные операции:

1) отбор из запыленного газового потока части его, в которой концентрация и дисперсный состав пыли не отличаются от основного потока; 2) полное улавливание Дц из отобранного газа, 3) измерение объема отобранного газа; 4) определение массы уловленной пыли; 5) выполнение операций расчета концентрации пыли.

Соблюдение правил отбора пробы является крайне важным условием получения минимальной погрешности измерения запыленности. Для этого отбор пробы необходимо осуществлять на прямом вертикальном участке газопровода, где газовый поток не подвержен возмущениям из-за резкого изменения сечения газопровода или направления движения газа. Желательно, чтобы место отбора газа отстояло от источника возмущения на расстоянии, равном минимум десятикратному диаметру газохода.

Для количественной оценки достоверности отобранной пробы введен коэффициент аспирации А, определяемый из формулы: А= Са/с, где Са--концентрация пыли в сечении входа заборной трубки; с--концентрация пыли в невозмущенном потоке.

Коэффициент аспирации А является функцией параметров: A=f (wг /wT, , ц, К, Stk), где wг -- скорость газа в невозмущенном потоке; wT -- скорость газа в заборной трубке; ц - угол между нормалью к плоскости входного отверстия заборной трубки и вектором скорости потока; К--коэффициент, зависящий от конструкции пылезаборной трубки; Stk -- безразмерный параметр (число Стокса).

Равенство скоростей газа в невозмущенном потоке и в заборной трубке (wг/ wT = 1) называют условием изокинетичности. Это условие является основным при отборе. Важность изокинетичного отбора иллюстрирована рис. При отклонении входного отверстия от положения, перпендикулярного направлению газового потока, даже при соблюдении равенства скоростей будут получены заниженные результаты определения запыленности, а отобранная пыль будет более мелкой.

Возможные ошибки при отборе газа для определения концентрации пыли: а -- скорость газового потока равна скорости отбора, но входное отверстие заборной трубы находится под углом к направлению газового потока; б -- скорость газового потока равна скорости отбора (условие изокинетичности); в - скорость отбора больше скорости газового потока, г--скорость отбора меньше скорости газового потока

При соблюдении равенства скоростей (рис. 1.2.,6) запыленность определена с минимально возможной ошибкой. Если скорость отбора превышает скорость газового потока (рис. 1.2.,в), то более крупные частицы пыли из внешней части отбираемого объема газа, стремясь по инерции сохранить прежнее направление движения, пройдут мимо входного отверстия пробоотборного устройства. В результате полученная величина запыленности окажется заниженной, а отобранная пыль будет более мелкой. При отборе с пониженной скоростью (рис. 2.1,г) произойдет обратное явление: более крупные частицы пыли из внешней отклоняемой и не входящей в отбираемый объем части газового потока по инерции пройдут во входное отверстие пробоотборного устройства.

В результате полученная величина запыленности окажется завышенной, а отобранная пыль будет более крупной.

Расход газа Vт, м3/с, необходимый для соблюдения условий изокинетичности при заданных диаметре входного отверстия носика используемого пробоотборного устройства и скорости газового потока, может быть определен по формуле: Vт = рD2 / 4 wг.

Методы и устройства для улавливания пыли из отобранного газа

Для этого разработаны методы внешней и внутренней фильтрации. При внешней фильтрации фильтрующее устройство располагают за газоходом на удобном расстоянии от заборной трубки. При внутренней фильтрации фильтрующее устройство устанавливают непосредственно за зондом. Метод внутренней фильтрации более точный, но значительно трудоемкий, так как при замене фильтра зонд необходимо извлекать из газохода. Этот метод используют, когда требуется высокая точность измерений, а также при большой слипаемости пыли и высоком влагосодержании.

При улавливании пыли методом внешней фильтрации к заборным трубкам могут быть присоединены специальные патроны с фильтрующим материалом. В качестве фильтрующего материала применяют бумажные гильзы или малогигроскопичный материал ФП. Бумажные гильзы изготовляют из обычной фильтровальной бумаги и применяют при температуре проходящего через них газа, не превышающей 107 °С. Фильтрация газа через бумажную гильзу может осуществляться, если масса пыли, осажденной в гильзе, не превышает 1,5--8,0 г (в зависимости от ее дисперсности). В тканевом фильтре можно осадить 50--80 г пыли.

Для фильтрации газов с температурой до 100 °С применяют ворсистые шерстяные ткани, до 147 °С нитрон, лавсан, а свыше 147 °С ткань из стекловолокна.

Во избежание конденсации паров воды патроны для бумажных или тканевых фильтров имеют электрообогрев.

Для получения минимальной погрешности массы уловленной пыли бумажные гильзы высушивают в сушильном шкафу при температуре 80 °С в течение 20--30 мин после чего сутки выдерживают в весовой комнате.

Для улавливания пыли методом внутренней фильтрации применяют простейшие стеклянные патроны, которые представляют собой стеклянную пробирку с припаянным носиком. Патрон набивают стекловатой и асбестовым волокном. Тампон из стеклянной ваты должен быть рыхлым и помещать его нужно так, чтобы он не доходил до носика и не препятствовал входу газа через него. Во избежание выноса частиц стекловолокна и асбеста в патрон после асбестового тампона вставляют латунную сетку. Плотность набивки проверяют по ее гидравлическому сопротивлению, которое при расходе газа 20 л/мин составляет около 600 Па.

Патроны из стекла обладают рядом недостатков. Основными из них являются хрупкость, тупые и толстые входные кромки носика.

Компоновка аппаратуры для определения запыленности весовым методом

Примеры компоновки аппаратуры приведены на рис. 1.3. Установка состоит из заборной трубки; фильтрующего элемента для улавливания пыли; приборов измерения расхода, давления и температуры пробы газа; приборов измерения скорости потока в газоходе (пневмометрическая трубка и микроманометр); средств для отсоса пробы (вакуумный насос, эжектор, пылесос и т. п.); гибких резиновых шлангов для соединения частей установки.

Установка для определения запыленности газов

А - компоновка; б -- пневмометрическая трубка; 1--заборная трубка; 2-- патрон для внешней фильтрации, 3--диафрагма, 4--дифференциальный водяной манометр, 5--вакуумный насос, 6, 14--термометры; 7, 15--манометры, 8--тройник. 9, 10. 16-- зажимы для регулирования расхода; 11--трансформатор питания нагревателя, 12--пневмометрическая трубка, 13--микроманометры

После сборки установки проверяют ее герметичность. Для этого устанавливают некоторый расход воздуха через установку и заглушают отверстие для входа запыленного газа. Показания расходомера при этом должны упасть до нуля. Затем включают обогрев заборной трубки и фильтровального патрона, если в этом есть необходимость. После этого заборную трубку или устройство для осаждения пыли методом внутренней фильтрации устанавливают в нужной точке сечения газохода и через установку с необходимым расходом пропускают газ. Продолжительность отбора зависит от запыленности газов, пылеемкости фильтров и определяется временем, необходимым для осаждения удобной для взвешивания массы пыли.

Для поддержания условий изокинетичности отбора пробы в автоматическом режиме применяют заборные трубки нулевою типа.

Наибольший интерес представляют метод и приборы прямого автоматического взвешивания массы осажденной пыли. Метод прямого автоматического взвешивания положены радиоизотопный, фотометрический и аэродинамический методы.

Радиоизотопный метод. Радиоактивные изотопы испускают в основном три типа излучения: б, в, г. По проникающей способности и характеру поглощения в веществе в-излучение является наиболее подходящим для применения в пылеизмерительном приборе.

Блок схема автоматического пылеизмерительного прибора конструкции фирмы "Сарториус"

1--пневматическое транспортирование фильтрующих дисков, 2--просасывание, 3 -- устройство для вырубки круглых дисков фильтров, 4 -- обработка диска (кондиционирование и тарировка), 5--затвор (нанесение слоя пыли), 6--обработка запыленного диска и взвешивание, 7--снятие диска, 8--анализ следов, 9--участок трубопровода, 10--рулон фильтрующего материала, 11--измерение и регулирование расхода просасываемого газа, 12--предварительное задание времени просасывания, 13 -- вычислитель, 14-- показание (мг/м8, мкг/м8)

Массу пыли, осевшей на фильтре, определяют на основании закона ослабления в-излучения.

Существенное значение при измерении массы пыли радиоизотопным методом имеют характеристики фильтрующего материала. Наиболее пригоден фильтрующий материал НЭЛ-3.

Фотометрический метод Массу осевшей пыли оценивают по ее оптической плотности, которую определяют путем измерения поглощения или рассеяния светового потока слоем пыли.

В первой группе приборов оптическую плотность пылевого слоя определяют согласно закону Бугера--Ламберта--Беера: D= ln I0/I = rcl, где

I0 и I--интенсивность соответственно начального и поглощенного световых потоков; k -- коэффициент поглощения; с -- концентрация пыли, накапливаемой на фильтре; l--толщина слоя пыли.

Поскольку при осаждении пыли на фильтр изменяются как ее концентрация с, так и толщина слоя l, то при измерении оптической плотности пылевого слоя можно определить только суммарную величину с1, являющуюся поверхностной концентрацией Спов пыли на фильтре:

Таким образом, между оптической плотностью и поверхностной концентрацией пыли существует линейная зависимость.

Во второй группе приборов измерение оптической плотности пылевого слоя основано на определении интенсивности света, рассеянного поверхностью этого слоя, по формуле

I p = I ф. р W+ I п..р. (1-W),

Где I ф. р и I п. р. - интенсивность света, рассеянного соответственно чистым фильтром и пылевым осадком; W-- коэффициент незаполненности поверхности фильтра. При наличии на нем N частиц пыли диаметром d коэффициент незаполненности поверхности фильтра можно представить выражением

Учитывая уравнения (2.24) и (2.25), получим

Проведены экспериментальные исследования зависимости между поверхностной концентрацией пылевого слоя и интенсивностью прошедшего и рассеянного света. Установлено, что первый метод более точный, а второй метод обладает большей чувствительностью и рекомендован для определения малых поверхностных концентраций пыли.

Основной недостаток фотометрического метода связан с тем, что выходной сигнал чувствительного элемента являегся функцией степени черноты и дисперсного состава пылевого слоя.

Люминесцентный метод. Метод предусматривает применение фильтрующей ленты, обработанной определенными флуоресцирующими растворами. Осевшая пыль вызывает тушение флуоресценции. уыли; а и b -- коэффициенты, величина которых зависит кт физических свойств ткани и пыли.

Аэродинамический метод. Метод основан на измерении гидравлического сопротивления слоя пыли, осевшей на фильтрующей ленте. Для этого стабилизируют скорость фильтрации и температуру пробы перед фильтром.

Один из первых приборов, измеряющих массу пыли, осажденной на фильтре аэродинамическим методом, разработан во Франции фирмой "Jouan".

В этом автоматическом приборе запыленный газ через воронку поступает на фильтровальную ленту и после очистки от пыли через цели входит в камеру из которой штуцер отсасывается газодувкой. Слой пыли, осевшей на фильтровальной ленте, вызывает изменение давления в камере измерения, которое измеряется дифманометром и регистрируется вторичным прибором

Похожие статьи




Методы контроля концентрации пыли, основанные на предварительном ее осаждении - Контроль промышленных выбросов

Предыдущая | Следующая