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