Analiza gazów spalinowych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Analiza gazów spalinowych"

Rafał Kubicki
8 lat temu
Przeglądów:

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA i ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN i URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH Aaliza gazów iowych Laboratorium mierictwa (M 7) Opracował: dr iż. Grzegorz Wiciak Sprawdził: dr iż. Ja Około - Kułak Zatwierdził: dr hab. iż. Jauz Kotowicz

iowych Laboratorium mierictwa (M 7) Opracował: dr iż.

2 1 Cel i zakre ćwiczeia Celem aalizy gazów iowych jet kotrola proceu aia. Kotrola ta polega a wyzaczeiu udziałów objętościowych główych kładików aia (CO, CO, O, N ) iwa gazowego. Poadto celem ćwiczeia jet praktycze wykoaie aalizy i określeie jakości proceu aia gazu a taowiku laboratoryjym. Do pomiaru udziałów objętościowych główych kładików aia (CO, CO, O, N ) łużą aalizatory gazów iowych: - ze względu a zaadę działaia aalizatory dzieli ię a: o chemicze o fizycze o fizyko optycze - ze względu a poób obługi dzieli ię a: o obługiwae ręczie o automatycze o apędzie elektryczym - ze względu a dokładość wkazań, aalizatory dzielimy a o laboratoryje o przemyłowe Przed przytąpieiem do aalizy i gazu ego i podaiem próbki i do aalizatora ależy ją odpowiedio przygotować. W tym celu iy poddaję ię oczyzczeiu z zaieczyzczeń lotych i wilgoci - oczyzczaie obejmuje atępujące czyości: doprowadzeie i do temperatury otoczeia, uuięcia zaieczyzczeń (pyłów), uuięcie czyików agreywych (groźych dla aalizatora i italacji pomiarowej), uuięcie lub ormalizacja tężeia pary wodej, która może fałzować wkazaia aalizatora). Siy,,przechodzą do aalizatora ajczęściej poprzez tor gazowy Wariat I: ( Płuczka Filtr ceramiczy Filtr z watą zklaą Aborber wilgoci Pompa zayająca Zawór regulacyjy Przepływomierz Aalizator). Siy ze aego gazu w pierwzej kolejości przepływają do płuczki, którą taowi zklae aczyie z metalowym wieczkiem. W wieczku zajdują ię otwory łużące do doprowadzaia i odprowadzaia i. Szklae aczyie wypełioe jet cieczą apiracyją ( to zaczy taką, która ie pochłaia gazów zawartych w próbce, w zczególości tych kładików, które ą przedmiotem aalizy). W przypadku i celowe jet toowaie tężoego roztworu oli kucheej o kwaśym odczyie uzykaym przez dodaie iewielkiej ilości kwau olego. W płuczce atępuje wtępe uuiecie zaieczyzczeń i chłodzeie i. Natępie iy doprowadzae ą do układu filtracyjego. Układ te kłada ię z filtru ceramiczego i filtru z watą zklaa, układ te charakteryzują dobre właości filtracyje. Filtry cechuje wyoka prawość przepływów i dobra przepuzczalość. Filtry poiadają wyoka pojemość do zatrzymywaia zaieczyzczeń. Poadto charakteryzują ię dobrą odporością chemiczą a więkzość roztworów orgaiczych i ieorgaiczych, ą oe fizyczie i biologiczie obojęte. Pierwzy filtr ceramiczy jet elektorem wtępym, który wytrąca z zaaej próbki i ziara o więkzych średicach. Drugi filtr z watą zklaą jet filtrem z materiałem filtrującym, który zatrzymuje pozotałą część zaieczyzczeń. Włóko zklae charakteryzuje ię higrokopijością i zatrzymuje pył o bardzo małych czątkach. Odfiltrowae iy przepływają do aborbera, w którym ouza ię próbkę. W aborberze wilgoć zawartą w iach pochłaiają odpowiedia ól i pecjale kuleczki.

Do pomiaru udziałów objętościowych główych kładików aia (CO, CO, O, N ) łużą aalizatory gazów iowych: - ze względu a zaadę działaia aalizatory dzieli ię a: o chemicze o fizycze o fizyko optycze - ze

3 Aborber połączoy jet z pompa, która zaya iy przez italację. Zayająca pompa i jet bardzo,,wrażliwa a iy, dlatego mui zajdować ię dopiero za układem filtrów. Za pompą i a przewodzie tłoczym zmotoway jet zawór regulacyjy, którym moża regulować trumień i doprowadzay do aalizatora poprzez przepływomierz. Wariat II. ( Przewód ogrzeway regulator temperatury Aborber wilgoci Pompa zayająca Zawór regulacyjy Przepływomierz Aalizator). Drugi wariat drogi gazowej zmiejza emiję zaieczyzczeń. Jet to tor gazowy z zatoowaiem przewodu ogrzewaego, za którym zajduje ię regulator temperatury typu RE8. Regulator te może być tooway jako dwutaowy, trójtawy lub jako ychroizator. Przewód ogrzeway zatępuje płuczkę i filtry. Samodzielie chładza iy do temperatury otoczeia i filtruje zaieczyzczeia. Paliwa Paliwami azywa ię związki chemicze węgla elemetarego C, wodoru H i iarki S, które w dużej ilości wytępują w przyrodzie. Paliwa i powietrze doprowadzoe do komory eikowej azywamy ubtratami. Za jedotkę iwa w przypadku aia iw gazowych przyjmuje ię 1 gazu uchego. Na określeie kładików iwa gazowego przyjmuje ię jedotkę /jedotkę iwa i ozacza ię ymbolem,, z odpowiedimi wkaźikiem / uchego iwa gazowego. Wielkości dotyczące ubtratów ozacza ię zakiem prim ( a, c, o ). Skład iwa gazowego określa ię za pomocą udziałów molowych kładików w odieieiu do gazu pozbawioego wilgoci. Udziały te ozacza ię ymbolami chemiczymi..1 Rodzaj iwa N H +CO + CH +C m H + O + N + CO 1 Skład iwa gazowego określoy za pomocą udziałów wyoi :.. Spoób pobraia próbki i do aalizy:.. Parametry iwa Wartość opałowa iwa gazowego obliczoa a podtawie kładu chemiczego iwa: W d 150 CO H CH C H C H C H kj C m H. Ciepło aia iwa gazowego obliczoa a podtawie kładu chemiczego iwa: W g 150 CO H CH C H C H C H kj C m H m gdzie : C m H udział węglowodorów wyzaczoy za pomocą 7% dymiącego kwau iarkowego. m

( Przewód ogrzeway regulator temperatury Aborber wilgoci Pompa zayająca Zawór regulacyjy Przepływomierz Aalizator). Drugi wariat drogi gazowej zmiejza emiję zaieczyzczeń.

4 . Saie iezupełe i iecałkowite wykrey kotrole aia. W praktyce trudo precyzyjie określić admiar powietrza poadto aie ie zachodzi w poób całkowity i zupeły z powodu lokalego braku tleu (czyli iedokładego wymiezaia iwa lub jego części lotych z powietrzem) lub zbyt ikiej temperatury w gazowych produktach aia zaleźć ię mogą kładiki e takie jak CO, CH, H. Poadto część ieooego węgla z iwa może opuścić eiko w żużlu lub w lotym kokiku; adza wylatująca z ilika iowego kłada ię przeważie z węgla. Najbardziej efektywego aia pod względem korzyści eergetyczych moża podziewać ię wówcza gdy aie jet całkowite i zupełe bez admiaru powietrza tj. przy λ1. Węgiel zawarty w iwie muiałby ić ię bez rezty, wówcza wpółczyik iecałkowitego aia x 0. Wtedy uche produkty aia kładałyby ię jedyie z CO i N a udział objętościowy CO w iach byłby ajwiękzy [CO ] k max. Do kotroli proceu aia moża toować wykrey kotrole aia, gdzie podtawą do ich kotrukcji jet bila materii elemetów chemiczych ubtratów i produktów aia W zczególości ie ależy toować wykreów kotrolych aia do wyzaczaia touku iecałkowitego aia x. Moża atomiat wyzaczyć touek λ i kotrolować aalizy i Dla przyjętego powyżej iwa kotruować kwadrat Butego dla atępujących przypadków: 1. Saie węgla bez rezty x 0. W iach jet CO [CO] 0.. Ry. 1. Kwadrat Butego przypadek [CO] 0, x 0 [1]

powietrzem) lub zbyt ikiej temperatury w gazowych produktach aia zaleźć ię mogą kładiki e takie jak CO, CH, H.

5 . Niecałkowite aie węgla x 0. W iach oy CO [CO] 0. Ry. 1. Kwadrat Butego przypadek [CO] 0, x 0 [] Przy kotrukcji wykreów wykorzytuje ię atępujące zależości: C CO + CH + mcmh + CO uchego iwa 1 O CO + CO + O gazowego N N 1 + O mi C H O k max CO C λ 1 C + N + 0 mi 1+ σ + υ mi N gdzie: σ i υ C C D 0 mi C k max σ k max k max 1 (%) %

zależości: C CO + CH + mcmh + CO uchego iwa 1 O CO + CO + O gazowego N N 1 + O mi C H O

6 Siy Subtacje wyprowadzoe z komory eikowej po eiu azywamy produktami aia lub iami. Wielkości dotyczące produktów aia ozacza ię w atępujący poób,. Saie azywa ię zupełym jeżeli w produktach aia ie ma gazowych części ych p. CO, H, CH. Saie azywa ię całkowitym jeżeli w produktach aia ie ma tałych części ych x 0. Saie izobarycze iwa powoduje zmiaę objętości pomiędzy objętością ubtratów (1+ a ) a objętością wilgotych produktów aia (łączie z uchą parą wodą), która azywa ię kocetracją chemiczą. ch 1+ a wiedząc, że λ 0 mi Jeżeli para woda zawarta w iach kropli ię to zajdzie dodatkowe zmiejzeie objętości tak zwaa kotrakcja fizycza. Rezta produktów aia oi azwę i uchych.1 Aaliza i. H O Tabela pomiarowa Składiki badaych i wyliczoe w % udziałach objętościowych a Liczba pomiaru Kwadrat Butego Wkazaia aalizatora i [N ] % [CO] % λ [CO ] % [O ] % [CO] %

Saie izobarycze iwa powoduje zmiaę objętości pomiędzy objętością ubtratów (1+ a ) a objętością wilgotych produktów aia (łączie z uchą parą wodą), która azywa ię kocetracją chemiczą.

7 Temperatura otoczeia:. Temperatura i wylotowych. Ciśieie otoczeia.. Na podtawie wyików otrzymaych wyików pomiarów obliczyć wielkości ujęte w tabeli obliczeiowej Liczba pomiaru Udziały objętościowe kładików i wilgotych λ a mi a H O % (CO ) % (O ) % (CO) % (N ) % (H O) Wpółczyik admiaru powietrza: [ N ] λ obliczeiowe 79 1 [ N ] [ O ] [ CO] 1 Teoretycze zapotrzebowaie powietrza uchego do aia: 1 1 a mi ( H + CO) + CH +,5C H 5 + C H +,5C H O... 0,1 jed..

objętościowe kładików i wilgotych λ a mi a H O % (CO ) % (O ) % (CO) % (N ) % (H O) 1 5 6 7 8 9 10 11 1 1 1 15

8 Rzeczywita ilość powietrza zużyta do aia: λ a a mi Ilość i uchych w przypadku aia całkowitego i zupełego: 0 mi CO + N + ( λ 0,1)... 0,1 jed. 1 CO C ( CO + CO + CH + C H ) jed. Jeżeli wyiki aalizy mamy podae w % objętościowych to ilość i uchych możemy obliczyć ze wzorów: Seie zupełe: Saie iezupełe CO C CO ] [ CO ] jed. [ CO C CO ] + [ CO] [ CO ] + [ CO] jed. [ Ilość pary wodej w iach wilgotych: 1 H O ( H + CH + CH ) jed. Ilość i wilgotych: + H O... jed. 1 Do wzorów wprowadzoo 100 poieważ w tabeli obliczeiowej udziały objętościowe wyzaczoe ą w %. W aalizie gazów iowych i przy obliczaiu traty komiowej za jedotkę iwa gazowego przyjmuje ię iejedokrotie 1 m i ozacza ię ymbolem z odpowiedim wkaźikiem. Stąd: m + H O... m gazu uchego Udziały w % obj. ( CO )% [ CO ]% ( O )% [ O ]% ( CO )% [ CO]% ( N )% [ N ]% O H ( H O) %

.. CO ] + [ CO] [ CO ] + [ CO] jed. [ Ilość pary wodej w iach wilgotych: 1 H O ( H + CH + CH )... 100 jed. Ilość i wilgotych: + H O... jed. 1 Do wzorów wprowadzoo 100 poieważ w tabeli obliczeiowej udziały objętościowe wyzaczoe ą w %.

9 Strata wylotowa.1 Strata wylotowa fizycza. Strata wylotowa fizycza azywaa także tratą wyraźą wyika tąd, że temperatura i wylotowych jet wyżza od temperatury otoczeia. Stratę taowi wiec ta ilość ciepła, jaką oddają iy izobarycze ochłodzoe do temperatury otoczeia. Na podtawie wartości otrzymaych z pomiarów moża obliczyć tratę wyraźą: ( t t ) cp w 0 średie S w 100%... Wd gdzie średie ciepło właściwe w zakreie temperatur od 0ºC do 7,15 ºC gazów zawartych w kj iach: cpśśredi [( N ) + ( O )] cp at + ( CO ) cpco + ( H O) cph O... K. Strata wylotowa utajoa. Strata wylotowa utajoa wyika z zawartości gazów ych iach. Stratę tę określa ilość ciepła, jaka wydzieliłaby ię wówcza kiedy produkty wtórego aia zotałyby ochłodzoe do temperatury otoczeia. Na podtawie wartości otrzymaych pomiarów moża obliczyć tratę wylotową utajoa: CO WdCO S CO 100%... W gdzie: diwa [ CO CO CO [ CO] ] + [ CO] LITERATURA [1] Szargut J., Termodyamika techicza. PWN W-wa 1991 [] Ochęduzko S., Termodyamika toowaa. WNT W-wa 196 [] pod redakcją: Graczyk Cz., Dydaktycze materiały powielae do ćwiczeń laboratoryjych z metrologii wielkości eergetyczych. Wyd. Gliwice 1977

.. Wd gdzie średie ciepło właściwe w zakreie temperatur od 0ºC do 7,15 ºC gazów zawartych w kj iach: cpśśredi [( N ) + ( O )] cp at + ( CO ) cpco + ( H O) cph O... K. Strata wylotowa utajoa.

Podobne dokumenty

Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska Politechika Pozańska Temat: Laboratorium z termodyamiki Aaliza składu spali powstałych przy spalaiu paliw gazowych oraz pomiar ich prędkości przepływu za pomocą Dopplerowskiego Aemometru Laserowego (LDA)