RU2091770C1 - Method of automatically controlling dust content in exhausted gases - Google Patents

Method of automatically controlling dust content in exhausted gases Download PDF

Info

Publication number
RU2091770C1
RU2091770C1 SU5030581A RU2091770C1 RU 2091770 C1 RU2091770 C1 RU 2091770C1 SU 5030581 A SU5030581 A SU 5030581A RU 2091770 C1 RU2091770 C1 RU 2091770C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
content
dust
infrared radiation
intensity
radiation
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.И. Горлов
А.М. Онищенко
Original Assignee
Горлов Юрий Иванович
Онищенко Александр Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Горлов Юрий Иванович, Онищенко Александр Михайлович filed Critical Горлов Юрий Иванович
Priority to SU5030581 priority Critical patent/RU2091770C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2091770C1 publication Critical patent/RU2091770C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: environmental monitoring. SUBSTANCE: intensities of passed infrared radiation Jn and Jny within 7.6-8.4 mcm range as well as intensity of forward-scattered infrared radiation and intensities of infrared radiation Jny and Jpy within 3.0-3.4 mcm range are recorded. Total dust and carbon dust contents are judged about, respectively, from proportions of values JpJy and JpyJny. EFFECT: improved accuracy. 6 dwg

Description

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно к автоматическому контролю содержания пыли, и может быть использовано для управления топками электростанций, котельных и других термических установок, в которых сжигается уголь или мазут, а также для управления вентиляцией и пылеулавливанием на различных предприятиях. The invention relates to mining automation, and more particularly to automatic control of dust content, and can be used to control the furnaces of power plants, boiler houses and other thermal installations in which coal or fuel oil is burned, as well as to control ventilation and dust collection at various enterprises.

Известен способ автоматического контроля содержания пыли в атмосфере, включающий просвечивание контролируемого объема атмосферы электромагнитным излучением, регистрацию интенсивностей падающего и прошедшего излучения, по которым определяют содержание пыли [1]
Недостатком известного способа является влияние флуктуаций содержания CH4, CO, CO2, SO2 и NO2, а также влияние перераспределений содержания угольной, известняковой и песчаниковой пыли.
A known method of automatically controlling the dust content in the atmosphere, including transillumination of the controlled volume of the atmosphere by electromagnetic radiation, recording the intensities of the incident and transmitted radiation, which determine the dust content [1]
The disadvantage of this method is the influence of fluctuations in the content of CH 4 , CO, CO 2 , SO 2 and NO 2 , as well as the influence of redistributions of the content of coal, limestone and sandstone dust.

Известен способ автоматического контроля содержания пыли в отработанных газах, включающий просвечивание контролируемого объема отработавшего газа полиэнергетическим инфракрасным излучением и регистрацию интенсивностей прошедшего инфракрасного излучения Iп и Iy в двух диапазонах длин волн 7,6-8,4 мкм и 6,0-6,8 мкм, в котором для определения концентрации пыли в качестве интенсивности прошедшего излучения используют сумму интенсивностей прошедшего излучения в этих двух спектральных диапазонах, при этом ширины спектральных диапазонов просвечивания и соответствующие интенсивности просвечивающего излучения выбирают из условия равенства интенсивностей прошедшего излучения в этих спектральных диапазонах [2]
Недостатками известного способа являются узкие функциональные возможности из-за невозможности контроля угольной пыли и низкая точность, связанная с влиянием изменений интенсивности потока инфракрасного излучения, загрязнения окон источника излучения и фотоприемника и изменений температуры отработанных газов.
A known method for automatically controlling the dust content in the exhaust gas, including transillumination of the controlled volume of the exhaust gas with polyenergetic infrared radiation and recording the intensities of transmitted infrared radiation I p and I y in two wavelength ranges of 7.6-8.4 microns and 6.0-6, 8 μm, in which to determine the dust concentration as the intensity of the transmitted radiation, the sum of the intensities of the transmitted radiation in these two spectral ranges is used, while the widths of the spectral ranges of echivaniya and corresponding transmission intensity radiation is selected from the condition that the intensities of the transmitted radiation in those spectral ranges [2]
The disadvantages of this method are the narrow functionality due to the inability to control coal dust and low accuracy associated with the influence of changes in the intensity of the infrared radiation flux, pollution of the windows of the radiation source and the photodetector, and changes in the temperature of the exhaust gases.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет дополнительного контроля содержания угольной пыли и одновременного повышения точности за счет устранения влияний изменений интенсивности потока инфракрасного излучения от источника, загрязнения окон источника и фотоприемника и изменений температуры отработанных газов, а также увеличение чувствительностей к контролируемым содержаниям пыли. The aim of the invention is to expand the functionality due to additional control of the content of coal dust and at the same time increase accuracy by eliminating the effects of changes in the intensity of the infrared radiation stream from the source, pollution of the source and photodetector windows and changes in the temperature of the exhaust gases, as well as an increase in sensitivity to controlled dust contents.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе автоматического контроля содержания пыли в отработанных газах, включающем просвечивание контролируемого объема отработанного газа полиэнергетическим инфракрасным излучением и регистрацию интенсивностей прошедшего инфракрасного излучения Iп и Iy в двух диапазонах длин волн, один из которых составляет 7,6-8,4 мкм, дополнительно регистрируют интенсивности рассеянного вперед инфракрасного излучения в двух диапазонах длин волн, один из которых составляет 7,6-8,4 мкм, причем интенсивности прошедшего и рассеянного вперед инфракрасного излучения Iy и Ipy регистрируют в диапазоне длин волн 3,0-3,4 мкм, определяют значения двух отношений интенсивностей Iрп/Iп и Ipy/Iy, а о содержаниях общей и угольной пыли судят по значениям отношений соответственно Iрп/Iп и Iрy/Iy.This goal is achieved by the fact that in the known method for automatically controlling the dust content in the exhaust gases, including transillumination of the controlled volume of the exhaust gas with polyenergetic infrared radiation and recording the intensities of transmitted infrared radiation I p and I y in two wavelength ranges, one of which is 7.6 -8.4 microns, additionally record the intensities of forward-scattered infrared radiation in two wavelength ranges, one of which is 7.6-8.4 microns, and The axes of the transmitted and forward-scattered infrared radiation I y and I py are recorded in the wavelength range of 3.0-3.4 μm, the values of the two intensity ratios I p / I p and I py / I y are determined, and the contents of total and coal dust judged by the values of the relations, respectively, I pn / I p and I py / I y .

Основной изобретательский акт при создании нового способа состоит в преодолении технического противоречия. Сущность противоречия заключается в следующем. Для устранения влияния одного возмущающего фактора при обычном инженерном проектировании вводят корректирующий сигнал об этом возмущающем факторе. Но при этом усложняется измерение и падает надежность по внезапным отказам. Для устранения влияния трех возмущающих факторов нужно ввести три корректирующих сигнала, что приведет к усложнению способа уже в 4 раза: одно измерение основного сигнала и три измерения трех корректирующих сигналов. Если же нужно измерять еще один параметр, то нужно получить еще один измеряемый сигнал и еще три корректирующих сигнала для устранения влияния трех возмущающих факторов. В результате измерение усложняется уже в 8 раз. В новом способе это техническое противоречие преодолено: за счет измерения двух отношений одновременно устранены влияния изменений интенсивности излучения от источника, влияния загрязнения окон источника излучения и фотоприемника, а также влияния изменений температуры дыма, и обеспечено дополнительное измерение содержания угольной пыли в дыме. Кроме того, в новом способе увеличены чувствительности к общему содержанию пыли и к содержанию угольной пыли в дыме. Для преодоления противоречия существенны все отличительные признаки способа: 1) дополнительно регистрируют интенсивность рассеянного вперед инфракрасного излучения в том же диапазоне длин волн 7,6-8,4 мкм, 2) дополнительно регистрируют интенсивность рассеянного вперед инфракрасного излучения в диапазоне длин волн 3,0-3,4 мкм, 3) интенсивность прошедшего через слой дыма инфракрасного излучения Iy регистрируют в диапазоне длин волн 3,0-3,4 мкм, 4) определяют значение отношения интенсивностей Iрп/Iп; 5) определяют значение отношения интенсивностей Iру/Iy, 6) о содержании общей пыли в дыме судят по величине отношения интенсивностей Iрп/Iп, 7) о величине содержания угольной пыли в дыме судят по значениям двух отношений интенсивностей Iрп/Iп и Iру/Iу. Если исключить или заменить на эквивалентный любой из этих семи отличительных признаков, то техническое противоречие не будет преодолено, то есть не будет достигнута поставленная цель. Необходимость и достаточность всех семи отличительных признаков для достижения поставленной цели однозначно следует из приведенного ниже описания способа. Ни один из этих семи отличительных признаков не известен даже сам по себе, по отдельности. Тем более неизвестно применение любого из этих признаков для достижения поставленной цели. Поэтому, по мнению авторов, совокупность семи отличительных признаков соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".The main inventive act in creating a new method is to overcome a technical contradiction. The essence of the contradiction is as follows. In order to eliminate the influence of one perturbing factor in conventional engineering design, a correction signal about this perturbing factor is introduced. But at the same time, the measurement becomes more complicated and the reliability of sudden failures decreases. To eliminate the influence of three disturbing factors, it is necessary to introduce three correction signals, which will lead to a 4-fold complication of the method: one measurement of the main signal and three measurements of three correction signals. If you need to measure one more parameter, then you need to get another measured signal and three more correction signals to eliminate the influence of three disturbing factors. As a result, the measurement is already 8 times more complicated. In the new method, this technical contradiction is overcome: by measuring two relations, the effects of changes in the radiation intensity from the source, the effects of pollution of the windows of the radiation source and the photodetector, as well as the effects of changes in the temperature of the smoke are eliminated, and an additional measurement of the content of coal dust in the smoke is provided. In addition, the new method increases the sensitivity to the total dust content and to the content of coal dust in the smoke. To overcome the contradiction, all the distinguishing features of the method are essential: 1) additionally register the intensity of forward-scattered infrared radiation in the same wavelength range of 7.6-8.4 μm, 2) additionally record the intensity of forward-scattered infrared radiation in the wavelength range of 3.0- 3.4 microns, 3) the intensity of the infrared radiation transmitted through the smoke layer I y is recorded in the wavelength range of 3.0-3.4 microns, 4) the intensity ratio I pn / I p is determined; 5) determine the value of the ratio of intensities I ru / I y , 6) on the content of total dust in smoke is judged by the value of the ratio of intensities I rp / I p , 7) on the value of the content of coal dust in smoke is judged by the values of two ratios of intensities I rp / I n and I ru / I at . If we exclude or replace with an equivalent one of these seven distinctive features, then the technical contradiction will not be overcome, that is, the goal will not be achieved. The need and sufficiency of all seven distinctive features to achieve the goal clearly follows from the description of the method below. None of these seven distinctive features are even known individually, individually. Moreover, the application of any of these signs to achieve the goal is unknown. Therefore, according to the authors, the combination of seven distinctive features meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг.1 показаны спектры ослабления поглощения инфракрасного излучения (далее ИК-излучения) влагой H2O, CO, CH4, N2O, O3, CO2, HDO и солнечный спектр ИК-излучения; на фиг.2 -зависимости коэффициентов ослабления ИК-излучения угольной пылью (кривая 1), известняковой пылью (кривая 2) и песчаниковой пылью (кривая 3) от длины волны λ; на фиг.3 зависимости интенсивности прошедшего Iп и рассеянного вперед Iр ИК-излучения через слой дыма d от общего содержания пыли Cп в отработавших газах; на фиг.4 зависимости отношения интенсивностей hп= Iр/Iп от Cп при 0≅Cп≅170 г/м3; на фиг.5 -зависимость отношения ηп=Iр/Iп от Cп при 170 г/м3≅Cп≅340 г/м3; на фиг.6 зависимости относительных чувствительностей прошедшего Sп и рассеянного вперед Sp ИК-излучения к содержанию общей пыли Cп от самого содержания Cп, а также зависимость относительной чувствительности Sо от Cп.Figure 1 shows the attenuation spectra of the absorption of infrared radiation (hereinafter IR radiation) with moisture H 2 O, CO, CH 4 , N 2 O, O 3 , CO 2 , HDO and the solar IR spectrum; figure 2 - dependence of the attenuation coefficients of infrared radiation of coal dust (curve 1), limestone dust (curve 2) and sandstone dust (curve 3) on wavelength λ; in Fig.3 the dependence of the intensity of the transmitted I p and forward scattered I p IR radiation through the smoke layer d on the total dust content C p in the exhaust gases; 4 depending on the intensity ratio of h p = I p / I p of C n for n 0≅C ≅170 g / m 3; figure 5 - dependence of the ratio η p = I p / I p from C p at 170 g / m 3 ≅C p ≅ 340 g / m 3 ; Fig.6 dependences of the relative sensitivities of the transmitted S p and forward scattered S p of IR radiation to the total dust content C p of the content of C p itself , as well as the dependence of the relative sensitivity of S about C p .

Способ автоматического контроля общего содержания пыли Cп и содержания угольной пыли Cу в дыме реализуется следующей последовательностью операций.A method for automatically controlling the total dust content C p and the content of coal dust C y in smoke is implemented by the following sequence of operations.

Контролируемый слой дыма толщиной d просвечивают полиэнергетическим ИК-излучением. A controlled smoke layer of thickness d is exposed through polyenergetic infrared radiation.

Регистрируют интенсивность прошедшего через слой дыма толщиной d ИК-излучения Iп в диапазоне длин волн от 7,6 до 8,4 мкм.The intensity of the IR radiation transmitted through the smoke layer with a thickness d of I p is recorded in the wavelength range from 7.6 to 8.4 microns.

Регистрируют интенсивность рассеянного вперед в слое дыма толщиной d ИК-излучения Iр в том же диапазоне длин волн от 7,6 до 8,4 мкм.The intensity of forward-scattered smoke in a layer of smoke with a thickness d of IR radiation I p is recorded in the same wavelength range from 7.6 to 8.4 microns.

Регистрируют интенсивность прошедшего через слой дыма толщиной d ИК-излучения Iу в диапазоне длин волн от 3,0 до 3,4 мкм.The intensity of the infrared radiation I y passed through the smoke layer with a thickness d is recorded in the wavelength range from 3.0 to 3.4 μm.

Регистрируют интенсивность рассеянного вперед ИК-излучения в слое дыма толщиной d Iру в диапазоне длин волн от 3,0 до 3,4 мкм.The intensity of forward-scattered IR radiation is recorded in a smoke layer of thickness d I ru in the wavelength range from 3.0 to 3.4 μm.

Определяют значение отношения интенсивностей ηп=Ip/Iп.The intensity ratio η p = I p / I p is determined.

Определяют значение отношения интенсивностей

Figure 00000002
=I/Iу.Determine the value of the ratio of intensities
Figure 00000002
= I pu / I y

По величине отношения ηп определяют общее содержание пыли Cп в дыме.The ratio η p determines the total dust content C p in the smoke.

По величинам отношений ηп и ηу определяют содержание угольной пыли Cу в дыме.The values of the ratios η p and η y determine the content of coal dust C y in smoke.

Сущность изобретения поясняется следующими обстоятельствами. The invention is illustrated by the following circumstances.

Интенсивность прошедшего через слой дыма толщиной d ИК-излучения Iп экспоненциально уменьшается с ростом общего содержания пыли Cп в дыме по формуле:
Iп=Iопexp (-KпdCп),
где Iоп интенсивность прошедшего ИК-излучения при Cп=0; Kп коэффициент ослабления ИК-излучения пылью. Если d измеряется в метрах (м), а содержание Cп измеряется в г/м3, то для получения безразмерного произведения KпCпd коэффициент Kп необходимо выразить в м2/г.
The intensity of the infrared radiation passing through the smoke layer with a thickness d p I p exponentially decreases with increasing total dust content C p in the smoke according to the formula:
I p = I op exp (-K p dC p ),
where I op the intensity of the transmitted infrared radiation at C p = 0; K p the attenuation coefficient of infrared radiation by dust. If d is measured in meters (m), and the content of C p is measured in g / m 3 , then to obtain the dimensionless product K p C p d, the coefficient K p must be expressed in m 2 / g.

Интенсивность рассеянного в направлении вперед в слое дыма толщиной d ИК-излучения Iр изменяется с изменением Cп по формуле:
Ip= Iор+ σпdCпexp(-KpdCп), (2)
где Iop интенсивность рассеянного вперед ИК-излучения при Cп=0;

Figure 00000003
коэффициент рассеивания ИК-излучения пылью, Kр коэффициент ослабления рассеянного вперед ИК-излучения пылью, Если Cп измеряется в г/м3, а d в м, то σп и Kр, как и Kп выражаются в м2/г.The intensity of the infrared radiation I p scattered in the forward direction in the smoke layer of thickness d p varies with C p according to the formula:
I p = I op + σ p dC p exp (-K p dC p ), (2)
where I op the intensity of forward scattered IR radiation at C p = 0;
Figure 00000003
coefficient of scattering of IR radiation by dust, K p the attenuation coefficient of forward scattered IR radiation by dust, If C p is measured in g / m 3 and d in m, then σ p and K p , like K p are expressed in m 2 / g .

Чтобы обеспечить независимость интенсивностей Ip и Iп от влияния изменения влаги, CO, CO2, других газов в дыме, а также от изменений содержаний песчаниковой Cпс и известняковой Cи пыли (то есть устранить влияние перераспределений содержаний угольной Cу, песчаниковой Cпс и известняковой Cи пыли при Cп Cу + Cпс + Cи const) нужно выбрать соответствующим образом диапазон длин волн регистрируемого ИК-излучения.In order to ensure that the intensities I p and I p are independent of the influence of changes in moisture, CO, CO 2 , other gases in the smoke, as well as changes in the contents of sandstone C ps and limestone C and dust (that is, to eliminate the effect of redistribution of the contents of coal C у , sandstone C ps and limestone C and dust at C p C y + C ps + C and const), it is necessary to select the corresponding wavelength range of the detected infrared radiation.

Из приведенных на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн от 7,6 до 8,4 мкм отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения основными газовыми компонентами дыма и в этом диапазоне длин волн отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения влагой. Кроме того, в этом диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излучения песчаниковой Kпс и известняковой Kи пылью близки друг к другу Кпс≃ Ки.. Поэтому в диапазоне длин волн от 7,6 до 8,4 мкм интенсивности прошедшего Iп и рассеянного вперед Ip ИК-излучения будут зависеть лишь от общего содержания пыли в дыме Cп и никак не будут зависеть от перераспределения содержаний Cу, Cпс и Cи при Cп const.From the graphs shown in figures 1 and 2, it is seen that in the wavelength range from 7.6 to 8.4 microns there are no strong absorption bands of infrared radiation by the main gas components of the smoke and in this wavelength range there are no strong absorption bands of infrared moisture . In addition, in this wavelength range, the attenuation coefficients of infrared radiation of sandstone K ps and limestone K and dust are close to each other K ps ≃ K and .. Therefore, in the wavelength range from 7.6 to 8.4 μm, the intensity of the transmitted I p and the IR radiation scattered forward by I p will depend only on the total dust content in the smoke C p and will in no way depend on the redistribution of the contents of C y , C ps and C and at C p const.

Из приведенных на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн ИК-излучения от 3,0 до 3,4 мкм отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения влагой и основными дымовыми газами, содержание которых может сильно измениться, углекислым и угарным газами. Поэтому коэффициентами ослабления ИК-излучения в диапазоне длин волн от 3,0 до 3,4 мкм влагой Kв, угарным Kг и углекислым Kк газами можно пренебречь, так как они не менее чем в сотни раз меньше по сравнению с коэффициентами ослабления ИК-излучения различными компонентами пыли: Kв 0, Kг 0, Kк 0, Kп >> Kв, Kп >> Kг, Kп >> Kк, Kу >> Kв, Kу >> Kг, Kу >> Kк, Kпс >> Kв, Kпс >> Kг, Kпс >> Kк, Kи >> Kв, Kи >> Kг и Kи >> Kк.From the graphs shown in figures 1 and 2, it can be seen that in the wavelength range of IR radiation from 3.0 to 3.4 μm, there are no strong absorption bands of IR radiation by moisture and the main flue gases, the content of which can vary greatly, carbon dioxide and carbon monoxide gases. Therefore, the attenuation coefficients of infrared radiation in the wavelength range from 3.0 microns to 3.4 K to moisture, carbon monoxide and carbon K g K to the gases can be ignored, since they are not less than a hundred times smaller than the attenuation coefficients IR -radiation various components of dust: K 0, K 0 g, K to 0, K n >> K a, K n >> K r, K n to >> K, K y >> K a, K y >> K g , K y >> K k , K ps >> K c , K ps >> K g , K ps >> K k , K and >> K c , K and >> K g and K and >> K to .

Из приведенной на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн ИК-излучения от 3,0 до 3,4 мкм коэффициенты ослабления известняковой и песчаниковой пылью равны между собой Kпс Kи. Кроме того, в этом диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излучения угольной пылью почти в три раза отличаются от коэффициентов ослабления ИК-излучения компонентами природной пыли (известняковой и песчаниковой).From the graphs shown in figures 1 and 2, it can be seen that in the wavelength range of infrared radiation from 3.0 to 3.4 μm, the attenuation coefficients of limestone and sandstone dust are equal to each other K ps K and . In addition, in this wavelength range, the attenuation coefficients of infrared radiation by coal dust are almost three times different from the attenuation coefficients of infrared radiation by natural dust components (limestone and sandstone).

Таким образом, диапазоны длин волн 7,6-8,4 мкм и 3,0-3,4 мкм для задачи раздельного контроля общего содержания пыли в дыме Cп и контроля содержания угольной пыли в дыме Cу являются оптимальными. В первом диапазоне длин волн обеспечивается зависимость интенсивностей лишь от Cп, а во втором лишь от Cу и Cпор Cпс + Cи.Thus, the wavelength ranges of 7.6-8.4 microns and 3.0-3.4 microns for the task of separately controlling the total dust content in smoke C p and controlling the content of coal dust in smoke C y are optimal. In the first wavelength range, the dependence of intensities is provided only on C p , and in the second only on C y and C pores C ps + C and .

Из показанных на фиг.3 зависимостей Iп f(Cп) и Ip f1(Cп) видно, что с ростом Cп первая интенсивность Iп экспоненциально уменьшается. С ростом Cп интенсивность Ip растет в диапазоне измерений Cп от 0 до Cпmax, когда (+KрCпmaxd) 1, то есть когда Cпmax (-Kрd)-1.From the dependences I p f (C p ) and I p f 1 (C p ) shown in FIG. 3, it can be seen that with an increase in C p, the first intensity I p exponentially decreases. With increasing C p, the intensity I p grows in the measurement range of C p from 0 to C p max when (+ K p C p max d) 1, that is, when C p max (-K p d) -1 .

В этом диапазоне изменений Cп от 0 до Cпmax (Kрd)-1 величина отношения интенсивностей:
ηп= [Iор+ σпdCпexp(-KpdCп)][Iопexp(-KпdCп)]-1 (3)
плавно растет с ростом Cп, что и показано на фиг.4 и 5. Видно, что зависимость ηп f2(Cп) идет более круто, чем зависимости Iп f(Cп) или Ip f1(Cп). Чтобы оценить выигрыш в увеличении чувствительности отношения S0 к общему содержанию пыли Cп, как и к содержанию угольной пыли Cу, против соответствующих чувствительностей прошедшего Iп и рассеянного вперед Ip ИК-излучения к Cп или к Cу при регистрации соответственно Iп или Ip, оценим сами эти чувствительности.
In this range of changes C p from 0 to C p max (K p d) -1 the value of the ratio of intensities:
η p = [I op + σ p dC p exp (-K p dC p )] [I op exp (-K p dC p )] -1 (3)
grows smoothly with increasing C p , as shown in figures 4 and 5. It can be seen that the dependence η p f 2 (C p ) is more abrupt than the dependence I p f (C p ) or I p f 1 (C p ) To evaluate the gain in increasing the sensitivity of the ratio S 0 to the total dust content C p , as well as to the content of coal dust C y , against the corresponding sensitivities of the transmitted I p and forward scattered I p IR radiation to C p or to C y when recording, respectively, I p or I p , let us estimate these sensitivities themselves.

Относительная чувствительность к Cп или к Cу прошедшего ИК-излучения Iп по абсолютному изменению общего содержания пыли Cп или содержания угольной пыли Cу из (1) запишется в виде:

Figure 00000004

и не зависит от изменений Cп или Cу.The relative sensitivity to C p or to C of the transmitted infrared radiation I p by the absolute change in the total dust content C p or the content of coal dust C y from (1) is written in the form:
Figure 00000004

and does not depend on changes in C p or C y .

Относительная чувствительность к Cп или к Cу интенсивности рассеянного вперед ИК-излучения Iп по абсолютному изменению содержаний Cп или Cу из (2) запишется в виде:

Figure 00000005

Относительная чувствительность величины отношения ηп или ηу к Cп или к Cу из (3) запишется в виде:
Figure 00000006

Графики зависимостей Sп, Sр и Sо от Cп или от Cу приведены на фиг.6. Видно, что отношения Sо в пределах концентраций 0<Cп<Cпmax или 0<Cу<Cуmax является наибольшей.The relative sensitivity to C p or to C of the intensity of forward-scattered IR radiation I p by the absolute change in the contents of C p or C y from (2) is written in the form:
Figure 00000005

The relative sensitivity of the ratio η p or η y to C p or to C y from (3) can be written as:
Figure 00000006

The dependences of S p , S p and S o on C p or C y are shown in Fig.6. It can be seen that the ratio S о within the concentration range 0 <C p <C p max or 0 <C y <C y max is the largest.

Анализ формул (3) показывает, что одинаковые относительные изменения интенсивностей Iп и Ip (во сколько бы раз одновременно они не изменялись) не приводят ни к малейшим изменениям ηп и ηу. Поэтому величина отношений ηп и ηу никак не изменится ни от изменения интенсивностей от источника излучения, ни от загрязнений окон источника или фотоприемника, ни от изменений температуры отработавших газов, так как любая из этих трех причин приводит к одинаковым относительным изменениям обеих интенсивностей Iп и Ip.An analysis of formulas (3) shows that the same relative changes in the intensities I p and I p (no matter how many times at the same time they do not change) do not lead to the slightest changes in η p and η y . Therefore, the magnitude of the ratios η p and η will not change in any way either from a change in the intensities from the radiation source, or from pollution of the source or photodetector windows, or from changes in the temperature of the exhaust gases, since any of these three reasons leads to identical relative changes in both intensities I p and I p .

Зависимость ηп f2(Cп) или ηу f2(Cу) по формуле (3) представляют собой трансцендентное уравнение, из которого в явном виде Cп или Cу не определяется, что неудобно для измерений, так как придется прибегать к сложным и громоздким методам численного решения уравнений (3) относительно Cп или Cу. Как видно из графиков на фиг.4 и 5, зависимость ηп f2(Cп) или зависимость ηпу f2(Cу) по формуле (3) может быть аппроксимирована выражением
ηп= -aпC 2 п + bпCп,
ηу= -aуC 2 у + bуCу - a п C 2 п + b п Cп. (7)
В общем случае зависимости (7) являются квадратичными параболами, имеющими восходящую ветвь, пологий максимум и падающую ветвь. Середина пологого максимума достигается при равенстве нулю производной от ηп или от ηу по Cп или по Cу

Figure 00000007

Figure 00000008

что соответствует содержаниям C п = bп(2aп)-1 или
Figure 00000009
. Рабочим участком является восходящая ветвь, соответствующая содержаниям
Figure 00000010
или
Figure 00000011
.The dependence η p f 2 (C p ) or η y f 2 (C y ) according to formula (3) is a transcendental equation from which C p or C y is not explicitly determined, which is inconvenient for measurements, since you have to resort to complex and cumbersome methods for numerically solving equations (3) with respect to C p or C y . As seen from the graphs in Figures 4 and 5, the relationship η n f 2 (C n) or dependence η 2 n, f (C y) of formula (3) can be approximated by the expression
η p = -a p C 2 P + b p C p ,
η y = -a y C 2 at + b y C y - a P C 2 P + b P C p . (7)
In the general case, dependences (7) are quadratic parabolas with an ascending branch, a gentle maximum, and a falling branch. The middle of the gently sloping maximum is achieved when the derivative of η p or η y with respect to C p or with C y
Figure 00000007

Figure 00000008

which corresponds to the contents of C P = b p (2a p ) -1 or
Figure 00000009
. The work site is an ascending branch corresponding to the contents
Figure 00000010
or
Figure 00000011
.

Погрешности аппроксимации на рабочем участке не превышают 0,2% от измеряемых содержаний Cп или Cу во всем диапазоне их содержаний

Figure 00000012
или 0 < Cу< 0,9C у . Поэтому аппроксимирующая кривая считается приемлемой по самым строгим критериям.The approximation errors at the work site do not exceed 0.2% of the measured contents of C p or C y in the entire range of their contents
Figure 00000012
or 0 <C y <0.9C at . Therefore, the approximating curve is considered acceptable according to the most stringent criteria.

Из аппроксимирующих уравнений (7) можно получить по два значения Cп и Cу:

Figure 00000013

Меньшие из значений Cп1 и Cу1 находятся на рабочих участках парабол (7), а большие значения Cп2 или Cу2 находятся на падающих ветвях парабол. Так как
Figure 00000014
, то для обеспечения Cп<bп(2ап)-1 или Cу<bу(2ау)-1 в формулах (9) перед корнем нужно брать зак (+), а неизвестные общее содержание пыли и содержание угольной пыли в дыме определять по однозначным формулам
Figure 00000015

Для определения значений градуировочных коэффициентов aп и bп первого градуировочного уравнения и aу и bу, a п и b п второго градуировочного уравнения (7), можно пользоваться любым методом градуировки. Изменение метода градиуровки лишь изменит ее трудоемкость, но никак не повлияет на значение коэффициентов. Один из приемлемых методов градуировки описан в книге А.М. Онищенко. Оптимизация приборов для контроля состава веществ. М. Машиностроение, 1990, с. 18-29, с. 155-156, с. 251-256.From the approximating equations (7), we can obtain two values of C p and C y :
Figure 00000013

The smaller values of C p1 and C y1 are on the working sections of the parabolas (7), and the larger values of C p2 or C y2 are on the falling branches of the parabolas. Because
Figure 00000014
, then to ensure C p <b p (2a p ) -1 or C y <b y (2a y ) -1 in formulas (9), it is necessary to take zak (+) before the root, and unknown total dust and coal dust in smoke determine by unambiguous formulas
Figure 00000015

To determine the values of the calibration coefficients a p and b p of the first calibration equation and a y and b y , a P and b P the second calibration equation (7), you can use any calibration method. Changing the calibration method will only change its complexity, but will not affect the value of the coefficients. One of the acceptable calibration methods is described in the book of A.M. Onishchenko. Optimization of instruments for controlling the composition of substances. M. Engineering, 1990, p. 18-29, p. 155-156, p. 251-256.

Пример. По величинам отношений интенсивностей прошедшего Iп и Iпу и рассеянного вперед Ip и I ИК-излучения в диапазонах длин волн 7,6-8,4 мкм и 3,0-3,4 мкм соответственно при толщине слоя дыма 1 м определяли общее содержание пыли Cп и содержание угольной пыли Cу в диапазонах их измерений от 0 до 340 г/м3. При этом Iоп 10, Iоу 10, d 1 м, и Kп 0,005 м2/г, Kпу 0,0047 м2/г, Iоp 0,1, Iоу 0,1, Kр=0,008 м2/г, Kру 0,0078 м2/г, σп 0,2 м2/г и σу 0,19 м2/г. Относительные чувствительности и все другие параметры этого примера приведены на фиг.3-6. Погрешность измерения общего содержания пыли в дыме (среднее квадратическое отклонение погрешности) не превышала 0,4% от измеряемого содержания. Погрешность измерения содержания угольной пыли в дыме (среднее квадратическое отклонение погрешности) не превышала 0,47% от измеряемого содержания. Столь высокую точность измерений общего содержания пыли и содержания угольной пыли не обеспечивает ни один из методов измерений содержания пыли.Example. The intensity ratios of transmitted I p and I pu and forward scattered I p and I pu IR radiation in the wavelength ranges of 7.6-8.4 μm and 3.0-3.4 μm, respectively, with a smoke layer thickness of 1 m were determined the total dust content C p and the content of coal dust C y in the ranges of their measurements from 0 to 340 g / m 3 . In this 10 I op, I ou 10, d 1, m, n and K 0.005 m 2 / g, K pu 0.0047 m 2 / g, Op I 0.1, I 0.1 ou, K P = 0.008 m 2 / g, K ru 0.0078 m 2 / g, σ p 0.2 m 2 / g and σ y 0.19 m 2 / g. The relative sensitivity and all other parameters of this example are shown in Fig.3-6. The error in measuring the total dust content in smoke (standard deviation of the error) did not exceed 0.4% of the measured content. The error in measuring the content of coal dust in smoke (standard deviation of the error) did not exceed 0.47% of the measured content. Such a high accuracy of measurements of the total dust content and the content of coal dust does not provide any of the methods for measuring the dust content.

Для определения технико-экономической эффективности нового способа автоматического контроля содержания пыли в дыме в качестве базового объекта как наиболее совершенный примем прототип. Техническими преимуществами нового способа по сравнению с прототипом являются следующие: 1) расширены функциональные возможности в 2 раза за счет дополнительного измерения содержания угольной пыли, 2) уменьшено до нуля влияние изменений интенсивности от источника излучения (из-за изменения напряжения питания источника, из-за изменения сопротивления нити накала от износа и других причин), 3) уменьшено до нуля влияние загрязнения окон источника и фотоприемника, 4) уменьшено до нуля влияние изменения температуры отработавших газов (так как любые изменения температуры приводят к одинаковым относительным изменениям пар интенсивностей прошедшего и рассеянного вперед ИК-излучения для любой длины волны), 5) увеличены чувствительности к общему содержанию пыли и к содержанию угольной пыли. To determine the technical and economic efficiency of the new method of automatic control of dust in smoke as a base object, we will take the prototype as the most perfect. The technical advantages of the new method compared to the prototype are as follows: 1) the functionality is expanded 2 times due to the additional measurement of coal dust content, 2) the effect of changes in intensity from the radiation source is reduced to zero (due to a change in the supply voltage of the source, due to changes in the resistance of the filament from wear and other causes), 3) the effect of pollution of the source and photodetector windows is reduced to zero, 4) the effect of changes in the temperature of the exhaust gases is reduced to zero (since bye temperature changes lead to similar changes in relative intensities of the transmitted and steam forward scattered infrared radiation for any wavelength), 5) increased sensitivity to the total dust content and coal dust.

Пять основных технических преимуществ привели к уменьшению погрешностей измерения более чем в десять раз. При этом одновременно упростился по сравнению с прототипом процесс градуировки и измерений. Кроме того, уменьшена примерно на 40% стоимость измерения одного содержания за счет совмещения двух измерений в одном устройстве для реализации способа. Five major technical advantages have led to a reduction in measurement errors of more than ten times. At the same time, the calibration and measurement process was simplified in comparison with the prototype. In addition, the cost of measuring one content is reduced by about 40% by combining two measurements in one device for implementing the method.

Claims (1)

Способ автоматического контроля содержания пыли в отработанных газах, включающий просвечивание контролируемого объема отработанного газа полиэнергетическим инфракрасным излучением, и регистрацию интенсивностей прошедшего инфракрасного излучения In и Iny в двух диапазонах длин волн, один из которых составляет 7,6 8,4 мкм, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют интенсивности рассеянного вперед инфракрасного излучения Ip и Ipy в двух диапазонах длин волн, один из которых составляет 7,6 8,4 мкм, причем интенсивности Iny и Ipy регистрируют в диапазоне длин волн 3,0 - 3,4 мкм, определяют значения двух отношений интенсивностей Ip/In и Ipy/Iny, а об общем содержании пыли и о содержании угольной пыли судят соответственно по значениям отношений Ip/In и Ipy/Iny.A method for automatically controlling the dust content in the exhaust gases, including transillumination of the controlled volume of the exhaust gas with polyenergetic infrared radiation, and recording the transmitted infrared radiation intensities I n and I n y in two wavelength ranges, one of which is 7.6 8.4 microns, different in that it additionally register the intensity of forward scattered infrared radiation I p and I p y at two wavelengths, one of which is 7.6 8.4 microns, wherein the intensity I n y and I p y registers comfort in a wavelength range of 3.0 - 3.4 micrometers, determined values of two intensity ratios I p / I n and I p y / I n y, and on the total dust content and the content of the coal dust are judged respectively by the values of the relationship I p / I n and I p y / I n y .
SU5030581 1992-03-04 1992-03-04 Method of automatically controlling dust content in exhausted gases RU2091770C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030581 RU2091770C1 (en) 1992-03-04 1992-03-04 Method of automatically controlling dust content in exhausted gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030581 RU2091770C1 (en) 1992-03-04 1992-03-04 Method of automatically controlling dust content in exhausted gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2091770C1 true RU2091770C1 (en) 1997-09-27

Family

ID=21598517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5030581 RU2091770C1 (en) 1992-03-04 1992-03-04 Method of automatically controlling dust content in exhausted gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2091770C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626602C1 (en) * 2016-10-26 2017-07-28 Федеральное бюджетное учреждение науки "Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора) Method of quantitative determining coal dust in atmospheric air

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1070278, кл. G 08 B 17/10, 1982. 2. Авторское свидетельство СССР N 1550368, кл. G 01 N 15/02, 1988. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626602C1 (en) * 2016-10-26 2017-07-28 Федеральное бюджетное учреждение науки "Екатеринбургский медицинский-научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора) Method of quantitative determining coal dust in atmospheric air

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Plascyk et al. The Fraunhofer line discriminator MKII-an airborne instrument for precise and standardized ecological luminescence measurement
Yang et al. A rapid and sensitive recording spectrophotometer for the visible and ultraviolet region. I. Description and performance
US4998018A (en) Two-wavelength type respiratory gas concentration measuring apparatus
KR900005450B1 (en) Solid state ultraviolet flame detector
US20110042570A1 (en) Absorption Biased NDIR Gas Sensing Methodology
US4471220A (en) System for monitoring trace gaseous ammonia concentration in flue gases
CA1183019A (en) Oil detector
JP2009510480A (en) Calibration of two-line gas spectroscopy
Harnly et al. Simultaneous multielement atomic absorption spectrometry with graphite furnace atomization
Lisakov et al. Modeling of Concentration Electro-Optical Sensors for Gas and Coal Dust in Multi-Criterial Electro-Optical Device for Control of the Emergency and Pre-Emergency Situations in Coal Mines
CN110618102A (en) Gas detection method and device based on dispersion spectrum analysis and artificial intelligence
RU2091770C1 (en) Method of automatically controlling dust content in exhausted gases
Norman et al. Photosynthetic Light Sensor for Measurements in Plant Canopies 1
Griffith Calculations of carrier gas effects in non‐dispersive infrared analyzers I. Theory
RU2069852C1 (en) Method of automatic monitoring of total content of dust in exhaust gases
JPH05500112A (en) Shutterless optically stabilized capnograph
RU2047857C1 (en) Device for automatic control of waste gases composition
Sebacher Airborne nondispersive infrared monitor for atmospheric trace gases
Michalsky et al. A differential technique to retrieve column water vapor using sun radiometry
Agrawal et al. Evaluation of developed colorimeter for glucose estimation in water
Pollak Fluorescence photometry of thin-layer chromatograms and electropherograms
Sebacher A gas filter correlation monitor for CO, CH4, and HCl
JPH03242534A (en) Fine particle density measuring apparatus
SU1239524A1 (en) Two-wave photometer
SU1516908A1 (en) Method of determining concentration of methane in mine atmosphere