Kontrola emisji zanieczyszczeń ćwiczenie laboratoryjne nr 4

Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery dr inż. Maria Mazur Wrocław, 2012/2013

4. GAWIMETRYCZNY POMIAR STĘŻENIA PYŁU W GAZACH ODLOTOWYCH –

PROJEKTOWANIE POMIARU

4.1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest nabycie umiejętności korzystania z norm dotyczących grawimetrycznego
pomiaru stężenia pyłu do zaprojektowania pomiaru stężenia pyłu w gazach emitowanych do
atmosfery.

4.2. OGÓLNE ZASADY PROJEKTOWANIA POMIARU STĘŻENIA PYŁU METODĄ

GRAWIMETRYCZNĄ

W procedurze projektowania pomiaru należy zachować podaną poniżej sekwencyjność działań:



charakterystyka badanego obiektu (źródło unosu pyłu, rodzaj zastosowanych urządzeń

odpylających),



ocena geometrii przekroju pomiarowego (wymiary przekroju poprzecznego kanału

przepływowego, długości odcinków prostych przed i za przekrojem pomiarowym) i
ustalenie punktów pomiarowych w badanym przekroju przepływowym gazu,



identyfikacja parametrów gazu w przekroju pomiarowym (skład chemiczny gazu, ciśnienie

absolutne i temperatura, profil prędkości),



konfiguracja toru aspiracyjnego pyłomierza (sonda, separator pyłu, układ do pomiaru

stopnia zawilżenia gazu, przepływomierz (zwykle zwężkowy), regulator przepływu,
urządzenie aspiracyjne),



ustalenie wymaganego czasu aspiracji w zależności od przewidywanego stężenia pyłu w

kanale przepływowym oraz zastosowanego separatora pyłu,



dobór średnicy końcówki aspiracyjnej,



ustalenie parametrów metrologicznych pyłomierza (takich jak np. współczynnik

kalibracyjny sondy, współczynnik kalibracyjny zwężki pomiarowej) oraz obliczenie
wartości ciśnienia różnicowego na zwężce zapewniającego izokinetyczną aspirację gazu.

4.3. KOMENTARZ DO ĆWICZENIA

Zadanym w ćwiczeniu źródłem unosu pyłu są kotły energetyczne wyposażone w instalacje
odpylające. Emisję pyłu można wyznaczyć jako funkcję unosu pyłu i skuteczności odpylania gazu

100

-

100

U

E

C





(1)

gdzie: E – strumień masy pyłu emitowanego do atmosfery, kg/h

U – strumień masy pyłu unoszonego ze źródła, kg/h



C

–

skuteczność odpylania (sprawność instalacji odpylającej), %

Zgodnie z definicją stężenia pyłu, strumień masy pyłu opisuje ogólna zależność





v

6

q

3600

S

10

M





(2)

gdzie: M – strumień masy pyłu (unos lub emisja), kg/h

S – stężenie pyłu, mg/m

3

q

v

– strumień objętości gazu, m

3

/s



– parametry odniesienia opisujące stan gazu (temperatura, ciśnienie absolutne, skład

chemiczny gazu).

Kontrola emisji zanieczyszczeń ćwiczenie laboratoryjne nr 4

Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery dr inż. Maria Mazur Wrocław, 2012/2013

Ze skojarzenia równania (1) i (2) i przy założeniu, że strumień objętości gazu przed i za instalacją
odpylającą jest taki sam, dla znanego stężenia pyłu w gazie przed instalacją odpylającą oszacować
można stężenie pyłu w gazie za instalacją odpylającą. Jest to dostatecznie dobre przybliżenie dla
doboru separatora pyłu w pyłomierzu i oszacowania minimalnego czasu poboru próbki gazu



min

va

min

min

q

S

m









(3)

gdzie:



min

– minimalny czas aspiracji, s



m

min

– minimalna masa pobranej próbki pyłu, mg



m

min

> 0,3 % m

F

m

F

– masa separatora pyłu (przykładowe masy separatorów pyłu – prezentacja wykładu)

S – oszacowane stężenie pyłu w badanym kanale przepływowym, mg/m

3

q

va

– strumień objętości gazu aspirowanego do pyłomierza, m

3

/s

Strumień objętości aspirowanego gazu określa się z charakterystyki agregatu zasysającego biorąc
pod uwagę lokalizację przekroju pomiarowego (przed lub za wentylatorem wyciągowym) oraz
przyjętą metodę filtracji (wewnętrzna, zewnętrzna). Przykładowa charakterystyka podana jest w
prezentacji wykładu.
Założony strumień objętości aspirowanego q

va

gazu determinuje także dobór średnicy końcówki

aspiracyjnej sondy d

a

w zależności od maksymalnej wartości prędkości w kanale przepływowym

max

va

a

v

q

4

d





(4)

Wartość ciśnienia różnicowego gazu w zwężce wymaganego dla zachowania izokinetycznej
aspiracji oblicza się z ogólnej zależności:

P

X

1

X

1

K

K

4

d

P

2

v

v

2

v

2

2

a

v























































(5)

gdzie:



P

v

– ciśnienie różnicowe gazu w zwężce, Pa



P – średnie ciśnienie spiętrzenia gazu w kanale przepływowym, Pa

d

a

– średnica końcówki aspiracyjnej, m

K – współczynnik kalibracyjny sondy
K

v

– współczynnik kalibracyjny zwężki pomiarowej



– gęstość gazu w kanale przepływowym, kg/m

3



v

– gęstość gazu w zwężce, kg/m

3

X – stopień zawilżenia gazu w kanale przepływowym, kg/kg
X

v

– stopień zawilżenia gazu w zwężce, kg/kg

Poniżej wyspecyfikowano informacje, które będą podane w tzw. karcie obiektu:

Obiekt nr ….: kocioł rusztowy/pyłowy
Paliwo: węgiel kamienny/węgiel brunatny
Instalacja odpylająca – bateria cyklonów o sprawności ….. % / elektrofiltr o sprawności …. %
Przewidywane stężenie pyłu w unosie: ……. mg/m3
Miejsce pomiaru: przed/za wentylatorem wyciągowym
Wymiary przekroju pomiarowego: a x b = …… x ….. m
Maksymalna prędkość gazu w przekroju pomiarowym: v

max

= ….. m/s

Średnia prędkość gazu w przekroju pomiarowym: v

śr

= ….. m/s

Przewidywany stopień zawilżenia gazu w kanale przepływowym: X = ….. kg/kg
Gęstość gazu w kanale przepływowym:



= …. kg/m3

Przewidywana gęstość gazu w zwężce pomiarowej:



v

= ….. kg/m3

Kontrola emisji zanieczyszczeń ćwiczenie laboratoryjne nr 4

Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery dr inż. Maria Mazur Wrocław, 2012/2013

4.4. ZAKRES ĆWICZENIA

W oparciu o wydane indywidualnie karty obiektu:



określić wymagane długości prostych odcinków kanału przed i za przekrojem pomiarowym

(pkt. 4.1 w PN-Z-04030-7)



określić wymaganą ilość punktów pomiarowych i ich lokalizację (schemat) w przekroju

pomiarowym (Załącznik nr 2 w PN-Z-04030-7)



obliczyć przewidywane stężenie emisyjne pyłu



skonfigurować tor aspiracyjny pyłomierza grawimetrycznego, zidentyfikować współczynniki
kalibracyjne: sondy K, zwężki K

v



określić minimalny czas aspiracji



dobrać średnicę końcówki aspiracyjnej



obliczyć ciśnienie różnicowe gazu w zwężce zapewniające izokinetyczną aspirację

4.5. ZAKRES SPRAWOZDANIA



nazwa laboratorium



nazwa ćwiczenia



imię i NAZWISKO studenta



charakterystyka obiektu



schemat toru aspiracyjnego pyłomierza z krótkim uzasadnieniem wyboru elementów układu

pomiarowego realizujących: pobór próbki gazu w warunkach izokinetycznych, separację pyłu,
pomiar stopnia zawilżenia gazu



wyniki obliczeń

Literatura uzupełniająca

[1] Mazur. M.: Kontrola emisji zanieczyszczeń, prezentacja wykładu w wersji elektronicznej
Wrocław, 2012/2013: rozdz. 3 Okresowe pomiary stężenia pyłu,

[2] PN–Z-04030-7:1994: Badania zawartości pyłu. Pomiar stężenia i strumienia masy pyłu w
gazach odlotowych metodą grawimetryczną

[3] EN 13284-1:2002 (E): Emisja ze źródeł stacjonarnych - Określenie masowego stężenia pyłu w
zakresie niskich wartości – Część 1: Metoda bezpośrednia grawimetryczna

Wrocław, 10.11.2012