1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia była nauka korzystania z norm dotyczących grawimetrycznego pomiaru stężenia pyłu, w celu zaprojektowania pomiaru stężenia pyłu w gazach emitowanych do atmosfery.

1. Tabela pomiarowa

Tabela 1. Tabela pomiarowa

OBIEKT NR 8	kocioł pyłowy
Paliwo	węgiel kamienny
Instalacja odpylająca, elektrofiltr o sprawności	ηc = 99, 7%
Przewidywane stężenie pyłu w unosie	$$S_{u} = 22000\ \frac{\text{mg}}{m^{3}}$$
Miejsce pomiaru stężenia emisyjnego pyłu	za wentylatorem wyciągowym
Wymiary przekroju pomiarowego	a = 2, 6 m, b = 2, 4 m
Maksymalna prędkość gazu w kanale przepływowym	$$v_{\max} = 12\ \frac{m}{s}$$
Średnia prędkość gazu w kanale przepływowym	$$v_{sr} = 8\ \frac{m}{s}$$
Stopień zawilżenia gazu w kanale	$$X = 0,03\ \frac{\text{kg}}{\text{kg}}$$
Gęstość gazu w kanale przepływowym	$$\rho = 0,90\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$
Przewidywana gęstość gazu w zwężce	$$\rho_{v} = 1\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

1. Algorytm obliczeń:

Obliczam pole przekroju poprzecznego kanału:

A = a • b = 6, 24 m

Obliczam średnicę hydrauliczną przekroju pomiarowego w celu wyznaczenia przekroju pomiarowego:

$$D_{h} = \frac{4A}{\text{Ob}} = \frac{4 \bullet a \bullet b}{2 \bullet a + 2 \bullet b} = 2,496\ m$$

Tabela 2. Odległości zalecane i dopuszczalne, przed i za przekrojem pomiarowym

Odległość przed przekrojem pomiarowym	Odległość za przekrojem pomiarowym
zalecane	dopuszczalne
5Dh	1Dh
12, 48 m	2, 496 m

Długość zalecanego odcinka prostego przed i za przekrojem pomiarowym wynosi:

L = 5D_h + 2D_h = 17, 472 m

Długość dopuszczalnego odcinka prostego przed i za przekrojem pomiarowym wynosi:

L = D_h + 0, 5D_h = 3, 744 m

Z norm odczytano osi pomiarowych, a także ilość punktów pomiarowych na każdej osi:

Tabela 3. Liczba punktów pomiarowych dla prostokątnego przekroju pomiarowego

Pole powierzchni przekroju, m^2	Pomiary techniczne	Pomiary dokładne
	Najmniejsza liczba osi pomiarowych	Najmniejsza liczba punktów na osi
<0, 09	1	1^1)
0, 09 ÷ 0, 37	2	2
0, 38 ÷ 1, 49	3	3
>1, 50	4	4
^1) Punkt ustuowany w środku przekroju pomiarowego

Ustalono punkty pomiarowe w przekroju przepływowym gazu:

Rysunek 1. Lokalizacja punktów pomiarowych

Obliczam przewidywane stężenie pyłu w spalinach w emisji:

$$S_{E} = \left( 1 - \eta_{c} \right) \bullet S_{U} = 66\frac{\text{mg}}{m^{3}}$$

Dobieram filtr gilzowy FG30 o masie m_F = 1, 4 g

Określam minimalną masę pobranej próbki pyłu, która nie może być większa niż 0,3% masy filtra

m_{p min} = 0, 3%•m_F = 4, 2 mg

W związku z tym, że punkt pomiarowy znajduje się za wentylatorem, przyjmuję $q_{\text{va}} = 9\frac{m^{3}}{h}$

Obliczam średnie ciśnienie spiętrzenia gazu w kanale przepływowym, zmierzone sondą typu S (K_S = 1, 1):

$$P = \frac{v_{sr}^{2} \bullet \rho}{K_{S}} = 47,6\ Pa$$

Dobieram zwężkę pomiarową o K_v = 80 • 10⁻⁶

Określam minimalny czas aspiracji:

$$\tau = \frac{m_{\text{p\ min}}}{S_{E} \bullet q_{va}} = 25\text{\ s}$$

Minimalny czas pomiaru w jednym punkcie pomiarowym, według normy wynosi trzy minuty, natomiast minimalny czas całego pomiaru wynosi jedną godzinę. Przyjmuję że czas pomiaru
w jednym punkcie powinien wynosić trzy minuty, wynika z tego że cały pomiar powinien wynieść jedną godzinę i piętnaście minut.

Obliczam średnicę końcówki aspiracyjnej sondy:

$$d_{a} = \sqrt{\frac{4 \bullet q_{\text{va}}}{\pi \bullet v_{\max}}} = 0,0163\ m = 16,3\text{mm}$$

Dobieram końcówkę aspiracyjną z typo szeregu końcówek (⌀8, ⌀10, ⌀13, ⌀16, ⌀20 mm):

d_a = 16 mm

Obliczam wartość ciśnienia różnicowego gazu w zwężce:

$$P_{v} = \left( \frac{\pi \bullet d_{a}^{2}}{4} \right)^{2}\left( \frac{K}{K_{v}} \right)^{2}\frac{\rho}{\rho_{v}}\left( \frac{1 + X_{v}}{1 + X} \right)^{2}P = 316,5\text{\ Pa}$$

Wartość ciśnienia różnicowego gazu w zwężce wynosi powyżej 200 Pa, co w zupełności zapewnia warunki izokinetycznej aspiracji.

1. Schemat zaprojektowanego stanowiska pomiarowego

Rysunek 2. Schemat zaprojektowanego stanowiska pomiarowego
1- kanał przepływowy, 2- końcówka aspiracyjna ⌀16 mm, 3- filtr wewnętrzny FG-30, 4- sonda spiętrzająca specjalnej konstrukcji typu S (K_S = 1, 1), 5- wykraplacz, 6- osuszacz, 7- zwężka pomiarowa (K_v = 80 • 10⁻⁶, P_v = 316, 5 Pa), 8- zawór regulacyjny, 9- urządzenie zasysające

1. Wnioski

Dla strumienia objętości gazu aspirowanego do pyłomierza $q_{v} = 9\frac{m^{3}}{h}$, średnica końcówki aspiracyjnej wyniosła 16 mm, a ciśnienie różnicowe gazu na zwężce wynosi 316, 5 Pa. Wartość ta jest z zakresu powyżej 200 Pa, a więc jest spełniony warunek izokinetyczności pobierania próbki z kanału przepływowego. Natomiast dla strumienia objętości gazu aspirowanego do pyłomierza $q_{v} = 7\frac{m^{3}}{h}$, średnica końcówki aspiracyjnej wyniosła 13 mm, a ciśnienie różnicowe gazu na zwężce wynosi 137, 8 Pa. Wartość ta mogłaby być nie wystarczająca dla zapewnienia odpowiednich warunków pobierania próbki.