RU2519515C1

RU2519515C1 - Method of measuring and control of oxygen concentration in exhaust gas of thermal power plant

Info

Publication number: RU2519515C1
Application number: RU2012143514/28A
Authority: RU
Inventors: Елена Николаевна Бондарчук
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Бонэр-ВТ" (ООО "Бонэр-ВТ")
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-06-10
Also published as: RU2012143514A

Abstract

FIELD: energy industry.

SUBSTANCE: gas sampling is carried out and the concentration of oxygen in the exhaust gas is determined by processing the information received using the computer. Gas sampling is performed using the sampling device, made of coaxial channels, connected with the end vortex chamber in which a sensor sensitive to oxygen is placed, and the determining of the oxygen concentration is performed by measuring the electromotive intensity of the sensor sensitive to oxygen and the continuous computer processing using the data based on a numerical solving the Nernst equation.

EFFECT: simplifying and improving the reliability of measuring the concentration of oxygen in the exhaust gas of thermal power plant.

3 cl

Description

Изобретение относится к области энергетики, точнее, к способу измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки, и может быть применено на любой котельной или энергетической станции при разном виде используемого топлива, в том числе мазута и бурого угля.The invention relates to the field of energy, and more specifically, to a method for measuring and monitoring the concentration of oxygen in the exhaust gas of a thermal power plant, and can be applied at any boiler or power station with different types of fuel used, including heavy fuel oil and brown coal.

Известен газоанализатор и способ его работы (патент RU №2350941 C1, 2009 г., G01N 27/64), предназначенный для контроля примесей, в том числе кислорода в газовой смеси с использованием фотоионизационного детектора, адсорбер-поглотителя и побудителя расхода (электроаспиратора). При этом анализируемый газ предварительно поступает в адсорбер, а затем после его очистки в побудитель расхода и далее на фотоионизационный детектор. В данном способе дозированный объем анализируемого газа пропускают через измерительную камеру детектора с помощью побудителя расхода сначала в одном направлении при одновременном поглощении выходящих из камеры измеряемых компонентов и влаги в адсорбер-поглотитель, а затем с помощью побудителя расхода анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги, пропускают через измерительную камеру детектора в обратном направлении.A known gas analyzer and method of its operation (patent RU No. 2350941 C1, 2009, G01N 27/64), designed to control impurities, including oxygen in the gas mixture using a photoionization detector, an adsorber absorber and a flow inducer (electric aspirator). In this case, the analyzed gas first enters the adsorber, and then, after its purification, to the flow inducer and then to the photoionization detector. In this method, the dosed volume of the analyzed gas is passed through the measuring chamber of the detector using a flow rate first in one direction while simultaneously absorbing the measured components leaving the chamber and moisture in the adsorber-absorber, and then using the flow rate stimulator the analyzed gas freed from the measured components and moisture pass through the measuring chamber of the detector in the opposite direction.

Однако данный способ имеет ряд недостатков, которые не позволяют его эффективно использовать для измерения и контроля концентрации кислорода в тепловой энергетической установке с автоматической системой управления. А именно, двойная прокачка анализируемого газа через измерительную камеру и одновременный анализ большого количества компонентов существенно увеличивают время экспозиции и не исключают появления сбоя в системе управления. К тому же очистка внутренних поверхностей ионизационной камеры и окна УФ-датчика за счет обратного движения потока газа малоэффективна и не дает гарантий к искажению получаемых результатов измерения ввиду осаждения на вышеуказанных поверхностях твердых частиц и жидкого конденсата.However, this method has a number of disadvantages that do not allow it to be used effectively for measuring and controlling the oxygen concentration in a thermal power plant with an automatic control system. Namely, double pumping of the analyzed gas through the measuring chamber and simultaneous analysis of a large number of components significantly increase the exposure time and do not exclude the appearance of a malfunction in the control system. In addition, cleaning the internal surfaces of the ionization chamber and the UV sensor window due to the reverse movement of the gas flow is ineffective and does not guarantee distortion of the measurement results due to the deposition of solid particles and liquid condensate on the above surfaces.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому решению по совокупности признаков является способ регулирования процесса сжигания топлива в топке энергетической установки (патент RU №2287741 С2, 2006 г., F23N 5/00), предназначенный для контроля состава отходящего газа и его корректировки в случае рассогласования с параметрами, полученными при запуске энергетической установки в эксплуатацию, с использованием оптического абсорбционного газоанализатора и компьютера.The closest method of the same purpose to the claimed solution on the basis of features is a method of regulating the process of burning fuel in the furnace of a power plant (patent RU No. 2287741 C2, 2006, F23N 5/00), designed to control the composition of the exhaust gas and adjust it in case of discrepancies with the parameters obtained when the power plant was put into operation using an optical absorption gas analyzer and a computer.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного решения, принятого за прототип, относится то, что при всей информативности и точности измеряемых параметров отходящего газа он весьма дорог и трудоемок как при реализации, так и в процессе его эксплуатации. Для использования данного способа в промышленности требуются спектроскописты очень высокой квалификации. А так как таких специалистов для данной отрасли российские учебные заведения пока не готовят, то они автоматически не включаются в штатное расписание действующих предприятий. В то время как подготовка таких специалистов непосредственно на рабочих местах по экономическим соображениям практически исключена.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the well-known solution adopted for the prototype include the fact that, with all the information and accuracy of the measured parameters of the exhaust gas, it is very expensive and time-consuming both in the implementation and in the process of its operation. To use this method in industry, very highly qualified spectroscopists are required. And since Russian educational institutions do not train such specialists for this industry, they are not automatically included in the staffing list of existing enterprises. While the training of such specialists directly at workplaces for economic reasons is practically excluded.

Однако с появлением в промышленности нового поколения сенсоров для анализа газов данная проблема ушла в другую плоскость и вновь возрос интерес к потенциометрическому способу измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе. Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, присущих известным решениям (большая инерционность, сложность в эксплуатации и др.), путем реализации нового способа измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки.However, with the advent of a new generation of sensors for gas analysis in the industry, this problem went on a different plane and interest in the potentiometric method for measuring and monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas increased again. The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages inherent in known solutions (high inertia, difficulty in operation, etc.) by implementing a new method for measuring and controlling the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в получении простого, надежного и недорогого в процессе реализации способа измерения концентрации кислорода в отходящем газе с большей эффективностью, включая экономическую целесообразность.This problem is solved by achieving a technical result, which consists in obtaining a simple, reliable and inexpensive in the process of implementing the method of measuring the concentration of oxygen in the exhaust gas with greater efficiency, including economic feasibility.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-способу достигается известным способом измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки, предусматривающий: отбор газовой пробы, определение концентрации кислорода в сравнительном и исследуемом газах и обработку полученной информации с целью ее использования в системе управления, которые осуществляют с помощью непрерывно работающего автоматического комплекса, в состав которого включают пробоотборник с чувствительным к кислороду сенсором, выносной измерительный блок с жидкокристаллическим дисплеем и клавиатурой, измерительные и регистрирующие приборы, компьютер и управляющие устройства. Особенностью данного способа является то, что отбор газовой пробы осуществляется путем непрерывной прокачки отходящего газа через коаксиальные каналы пробоотборника и сопряженную с ними торцевую вихревую камеру, в которую помещают чувствительный к кислороду сенсор, а определение концентрации кислорода в отходящем газе осуществляют путем измерения ЭДС чувствительного к кислороду сенсора, возникающей вследствие различия парциальных давлений кислорода в сравнительной и анализируемой газовых смесях, и непрерывной компьютерной обработки с использованием данных, основанных на численном решении уравнения Нернста $(E ~ \frac{R T}{4 F} \ln \frac{P O_{2} с р . г .}{P O_{2} а н . г .}) .$

The specified technical result when implementing the invention according to the object-method is achieved by a known method for measuring and monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant, which includes: sampling a gas sample, determining the oxygen concentration in the comparative and test gases and processing the received information with a view to its use in the control system which are carried out using a continuously working automatic complex, which includes a sampler with lnym oxygen sensor, remote measurement unit with a liquid crystal display and a keyboard, measuring and recording instruments, and computer control unit. A feature of this method is that gas sampling is carried out by continuously pumping the exhaust gas through the coaxial channels of the sampler and the associated end vortex chamber, into which the oxygen sensitive sensor is placed, and the oxygen concentration in the exhaust gas is determined by measuring the EMF of the oxygen sensitive sensor, arising due to the difference in partial oxygen pressures in the comparative and analyzed gas mixtures, and continuous computer processing using data based on the numerical solution of the Nernst equation

(E ~ \frac{R T}{four F} \ln \frac{P O_{2} from R . g .}{P O_{2} but n . g .}) .

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-способу достигается также тем, что непрерывную прокачку отходящего газа через коаксиальные каналы пробоотборника и сопряженную с ними торцевую вихревую камеру осуществляют за счет возникающей разности динамического и статического давлений внутри коаксиальных каналов, из которых внешний коаксиальный канал герметично соединяют с корпусом торцевой вихревой камеры, а внутренний коаксиальный канал выполняют в виде трубки Пито и фиксируют относительно внешнего коаксиального канала при помощи плоской спиральной ленты и таким образом исключают попадание твердых частиц пыли и жидкого конденсата на чувствительный к кислороду сенсор, при этом последний закрепляют с возможностью его быстрого демонтажа на глухом торце вихревой камеры вдоль ее продольной оси и выполняют преимущественно в виде потенциометрической твердоэлектролитной ячейки на основе циркониевой керамики.The specified technical result in the implementation of the invention by the object method is also achieved by the fact that the continuous pumping of the exhaust gas through the coaxial channels of the sampler and the associated end vortex chamber is carried out due to the difference in dynamic and static pressures inside the coaxial channels, from which the external coaxial channel is hermetically connected with the body of the end vortex chamber, and the internal coaxial channel is in the form of a pitot tube and is fixed relative to the external axial channel with a flat spiral tape and thus prevent the ingress of solid particles of dust and liquid condensate onto an oxygen-sensitive sensor, while the latter is fixed with the possibility of its quick dismounting at the blind end of the vortex chamber along its longitudinal axis and is performed primarily in the form of a potentiometric solid electrolyte cell based on zirconia ceramics.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-способу достигается также тем, что контроль за состоянием концентрации кислорода в отходящем газе осуществляют путем формирования сигналов для управляющих устройств за счет непрерывного мониторинга текущей концентрации и сравнения с концентрацией полученной и записанной в память компьютера во время пусконаладочных работ, осуществляемых при запуске тепловой энергетической установки в эксплуатацию, при этом, если во время мониторинга текущая концентрация кислорода отличается более чем на 5%, автоматически подключают управляющие устройства, в качестве которых используют преимущественно резервные горелки и воздуходувки.The specified technical result during the implementation of the invention by the object method is also achieved by the fact that the state of the oxygen concentration in the exhaust gas is controlled by generating signals for control devices by continuously monitoring the current concentration and comparing it with the concentration obtained and recorded in the computer's memory during commissioning carried out at the start of the thermal power plant in operation, while, if during monitoring, the current concentration of acid The difference is more than 5%, they automatically connect control devices, which are mainly used as backup burners and blowers.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе топливной энергетической установки не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся отбора газовой пробы, осуществляемой путем непрерывной прокачки отходящего газа через торцевую вихревую камеру с чувствительным к кислороду сенсором и определения концентрации путем измерения ЭДС чувствительного к кислороду сенсора, возникающей вследствие различия парциальных давлений кислорода в сравнительной и анализируемой газовых смесях, и непрерывной компьютерной обработки с использованием данных, основанных на численном решении уравнения Нернста. Не выявлены также аналоги, касающиеся непрерывной прокачки отходящего газа за счет возникающей разности динамического и статического давлений внутри коаксиальных каналов пробоотборника и исключения попадания твердых частиц пыли и жидкого конденсата на чувствительный к кислороду сенсор. А также аналогов, касающихся контроля за состоянием концентрации кислорода с помощью формирующих сигналов для управляющих устройств и включения последних в случае рассогласования текущей концентрации с ранее записанной в память компьютера во время пусконаладочных испытаний.In the study of the distinguishing features of the described method for measuring and monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas of a fuel power plant, no similar solutions were identified regarding the sampling of a gas sample by continuously pumping the exhaust gas through the end vortex chamber with an oxygen sensitive sensor and determining the concentration by measuring EMF of a sensor sensitive to oxygen, arising due to the difference in the partial pressures of oxygen in the comparative and gas mixtures, and continuous computer processing using data based on the numerical solution of the Nernst equation. No analogues have been identified regarding continuous pumping of the exhaust gas due to the difference in dynamic and static pressures inside the coaxial channels of the sampler and the exclusion of dust particles and liquid condensate from entering the oxygen sensitive sensor. As well as analogues related to monitoring the state of oxygen concentration with the help of generating signals for control devices and switching on the latter in the event of a mismatch in the current concentration previously recorded in the computer's memory during commissioning tests.

Проверенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил констатировать, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (адекватными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию «новизна» по действующему законодательству.An analysis of the state of the art verified by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, made it possible to state that the applicant did not find a source characterized by features that are identical (adequate) to all the essential features of the claimed invention. Therefore, the invention meets the condition of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия изобретения требованиям изобретательского уровня заявитель провел дополнительный анализ известных решений, который показал, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и не вытекает из него логически, а требует дополнительных интеллектуальных затрат и изобретательности и поэтому соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.To verify the compliance of the invention with the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional analysis of the known solutions, which showed that the invention does not follow the prior art explicitly from the prior art and does not follow logically, but requires additional intellectual costs and inventiveness and therefore meets the requirement of “inventive step” »Under applicable law.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, состоят в следующем.Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result, are as follows.

Заявленный способ измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки в большей степени предназначен для уже действующих установок, в которых система контроля либо устарела, либо просто отсутствует. Данный способ позволяет при минимальном вложении финансовых средств повысить их эффективность за счет исключения непроизводительных затрат, связанных в первую очередь как с недожогом, так и пережогом топлива, и внедрения более простой и надежной системы поддержания режимов ее работы. Анализ работы таких установок показывает, что достаточно иметь лишь информацию о содержании кислорода в отходящем газе, с помощью которой можно принимать любые правильные решения, связанные с их эксплуатацией. Содержание кислорода в отходящем газе является той базой, на основе которой можно строить и оптимизировать весь процесс эксплуатации тепловой энергетической установки, работающей на традиционных видах топлива, включая мазут и бурый уголь. При этом внедрение данного способа на этих установках не нарушает их существующую инфраструктуру, а только дополняет и упрощает ее в целом. Попытки внедрения на таких установках более информативных средств контроля с использованием многоканальных газоанализаторов приводят, как правило, к усложнению их инфраструктуры и существенному удорожанию ее. Для эксплуатации устаревших тепловых энергетических установок требуются комплексы с достаточно простой и сравнительно недорогой системой контроля и управления, и предлагаемый способ отвечает всем этим требованиям. Для его внедрения на таких установках не требуются ни высококвалифицированные специалисты, ни дорогостоящие приборы и устройства. Процесс регулирования в данном случае сводится практически к простому наблюдению лишь только за концентрацией кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки и правильной ее обработки. Этой информации вполне достаточно для того, чтобы обеспечить любой режим работы тепловой энергетической установки и корректировать его в случае рассогласования с ранее апробированным и введенным в память компьютера процессом сжигания топлива. При этом в качестве регулирующих устройств в данном случае можно применять достаточно простые в эксплуатации и недорогие по стоимости горелки и воздуходувки. Содержание кислорода в отходящем газе при сжигании традиционных видов топлива является как необходимым, так и достаточным условием для процесса эксплуатации, в том числе и для корректировки в случае изменения условий окружающей среды или поступления некондиционных видов топлива. Данный способ предусматривает предварительный анализ всех видов используемого топлива и ввод всей информации по его использованию, полученный при запуске данной установки в эксплуатацию или полученный при ее испытании после модернизации. Во время проектирования на каждую тепловую энергетическую установку для ее успешной эксплуатации составляется технологическая режимная карта, однако учесть все многочисленные и непредсказуемые факторы, влияющие на ее работу, не всегда удается. Лучшим вариантом в данном случае для поддержания оптимального режима ее работы является включение в состав ее системы управления быстродействующего и надежного газоанализатора, электрически связанного через компьютер со всеми измерительными приборами и управляющими устройствами. При этом измерение и контроль за содержанием концентрации только одного кислорода в данном газоанализаторе уже может решить эту задачу. В предлагаемом способе чувствительный к кислороду сенсор устанавливают непосредственно на пробоотборнике, а измерительный потенциометрический блок располагают не далее двух метров от него, которые уже связывают с компьютером и всеми системами тепловой энергетической установки. При этом для обеспечения быстродействия отбор газовой пробы в данном способе осуществляют за счет непрерывной прокачки анализируемого отходящего газа через пробоотборник. Для чего его выполняют в виде жесткой конструкции, состоящей из двух коаксиальных каналов, герметично соединенных с торцевой вихревой камерой с размещенным внутри чувствительным к кислороду сенсором. При этом внутренний коаксиальный канал выполняют в виде трубки Пито и фиксируют относительно внешнего коаксиального канала с помощью плоской спиральной ленты. Такое использование пробоотборника не только способствует беспрепятственному подходу анализируемого газового потока к чувствительному к кислороду сенсору за счет возникающей разности динамического и статического давлений внутри коаксиальных каналов, но и достаточно организованно и надежно блокирует попадание твердых частиц пыли и жидкого конденсата на чувствительный к кислороду сенсор. Закрученный вихревой газовый поток анализируемого отходящего газа автоматически освобождается от твердых частиц пыли и жидкого конденсата.The claimed method of measuring and monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant is more suitable for existing plants in which the control system is either outdated or simply absent. This method allows for a minimum investment of financial resources to increase their efficiency by eliminating unproductive costs associated primarily with both unburning and burning of fuel, and the introduction of a simpler and more reliable system for maintaining its operating modes. An analysis of the operation of such plants shows that it is enough to have only information about the oxygen content in the exhaust gas, with which you can make any correct decisions related to their operation. The oxygen content in the exhaust gas is the basis on which to build and optimize the entire operation process of a thermal power plant operating on traditional fuels, including fuel oil and brown coal. Moreover, the implementation of this method at these plants does not violate their existing infrastructure, but only supplements and simplifies it as a whole. Attempts to introduce more informative control tools at such plants using multichannel gas analyzers, as a rule, lead to a complication of their infrastructure and a significant increase in its cost. For operation of outdated thermal power plants, complexes with a fairly simple and relatively inexpensive monitoring and control system are required, and the proposed method meets all these requirements. For its implementation in such installations, neither highly qualified specialists nor expensive instruments and devices are required. The regulation process in this case comes down to almost simple observation of only the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant and its proper processing. This information is quite sufficient to ensure any operation mode of the thermal power plant and to correct it in case of inconsistency with the fuel combustion process previously tested and entered into the computer's memory. Moreover, in this case, rather simple in operation and inexpensive at the cost of a burner and blower can be used as control devices. The oxygen content in the exhaust gas during the combustion of traditional fuels is both a necessary and sufficient condition for the operation process, including for adjustments in case of changing environmental conditions or the receipt of substandard fuels. This method provides a preliminary analysis of all types of fuel used and the input of all information on its use, obtained when this unit was put into operation or obtained during its testing after modernization. During the design process, a technological regime map is compiled for each thermal power plant for its successful operation, but it is not always possible to take into account all the numerous and unpredictable factors affecting its operation. The best option in this case to maintain the optimal mode of its operation is to include in its control system a high-speed and reliable gas analyzer, electrically connected through a computer with all measuring instruments and control devices. At the same time, measuring and monitoring the concentration of only one oxygen in a given gas analyzer can already solve this problem. In the proposed method, an oxygen-sensitive sensor is mounted directly on the sampler, and a potentiometric measuring unit is placed no further than two meters from it, which are already connected to a computer and all systems of a thermal power plant. At the same time, to ensure speed, the sampling of a gas sample in this method is carried out by continuously pumping the analyzed off-gas through a sampler. Why it is performed in the form of a rigid structure consisting of two coaxial channels hermetically connected to the end vortex chamber with an oxygen sensitive sensor placed inside. The internal coaxial channel is in the form of a pitot tube and is fixed relative to the external coaxial channel using a flat spiral tape. This use of the sampler not only contributes to the unhindered approach of the analyzed gas flow to the oxygen sensitive sensor due to the difference in dynamic and static pressures inside the coaxial channels, but also in a fairly organized and reliable way blocks the ingress of solid dust particles and liquid condensate onto the oxygen sensitive sensor. The swirling vortex gas flow of the analyzed exhaust gas is automatically freed from solid particles of dust and liquid condensate.

Последние под воздействием центробежного поля отжимаются к внешней стенке торцевой вихревой камеры, из которой они уже также автоматически через внешний коаксиальный канал вновь выносятся внутрь тепловой энергетической установки уже миную зону отбора исследуемого газа, при этом сам чувствительный к кислороду сенсор устанавливают строго по оси вихревой камеры на его глухой стенке с возможностью его быстрого демонтажа и замены. При этом определении концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки осуществляют путем измерения ЭДС чувствительного к кислороду сенсора, возникающей вследствие различия парциальных давлений кислорода в сравнительной и анализируемой газовых смесях и непрерывной компьютерной обработки с использованием данных, основанных на численном решении уравнения Нернста. В качестве сенсора можно использовать любой датчик, показывающий концентрацию кислорода, но более приемлемым в данном случае является потенциометрическая твердоэлектролитная ячейка на основе циркониевой керамики. При эксплуатации такого сенсора не возникает дополнительных проблем, связанных с его температурным режимом работы, деградацией или отказом в случае превышения допустимых норм концентрации, а определение численного значения концентрации в отходящем газе сводится к весьма простым вычислениям по известным зависимостям, в которых ЭДС пропорционально отношению парциального давления кислорода в сравнительном газе к парциальному давлению кислорода в анализируемом газе $(Э Д С ~ \frac{R T}{4 F} \ln \frac{P O_{2} с р . г .}{P O_{2} а н . г .}) .$

The latter, under the influence of a centrifugal field, are squeezed to the outer wall of the end vortex chamber, from which they are also automatically routed again through the external coaxial channel into the thermal power plant for the very first sampling zone of the test gas, while the oxygen sensitive sensor itself is installed strictly along the axis of the vortex chamber on its blank wall with the possibility of its quick dismantling and replacement. In this determination of the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant, it is carried out by measuring the EMF of an oxygen sensitive sensor, which arises due to the difference in the partial pressures of oxygen in the comparative and analyzed gas mixtures and continuous computer processing using data based on the numerical solution of the Nernst equation. As a sensor, you can use any sensor that shows the oxygen concentration, but a potentiometric solid electrolyte cell based on zirconium ceramic is more acceptable in this case. When operating such a sensor, there are no additional problems associated with its temperature regime of operation, degradation, or failure if the permissible concentration standards are exceeded, and determining the numerical value of the concentration in the exhaust gas reduces to very simple calculations using known dependencies in which the emf is proportional to the partial pressure ratio oxygen in the comparative gas to the partial pressure of oxygen in the analyzed gas

(E D FROM ~ \frac{R T}{four F} \ln \frac{P O_{2} from R . g .}{P O_{2} but n . g .}) .

Дальнейшая обработка полученной информации также не вызывает каких-либо трудностей, если в память компьютера предварительно вводят данные самого экономичного режима работы на данной тепловой энергетической установке, полученные при ее испытании и запуске в эксплуатацию. При этом сигналы для управляющих устройств формируют путем непрерывного мониторинга как текущей ситуации на тепловой энергетической установке, так и за счет мониторинга информации, ранее введенной в память компьютера. При этом в качестве управляющих устройств при использовании данного способа можно использовать как включенные уже в цикл работы горелки и воздуходувки, так и резервные. В данном случае они могут быть уже изготовлены без учета тех жестких требований, которые предъявляются к стационарно действующим горелкам и воздуходувкам, а соответственно быть гораздо дешевле. Регламентные работы и их аварийный ремонт уже никоим образом не повлияют на рабочую ситуацию на самой тепловой энергетической установке, к тому же они могут быть изготовлены уже по любой современной технологии и с учетом требования по снижению их стоимости.Further processing of the obtained information also does not cause any difficulties if the data of the most economical operating mode at a given thermal power plant obtained during its testing and commissioning are preliminarily entered into the computer memory. At the same time, signals for control devices are generated by continuous monitoring of both the current situation at the thermal power plant and by monitoring information previously entered into the computer's memory. Moreover, as control devices when using this method, it is possible to use both burners and blowers already included in the operation cycle, and backup ones. In this case, they can already be manufactured without taking into account the stringent requirements that apply to stationary burners and blowers, and therefore be much cheaper. Scheduled works and their emergency repairs will in no way affect the working situation at the thermal power plant itself, moreover, they can be manufactured using any modern technology and taking into account the requirements to reduce their cost.

Технический эффект от использования предложенного изобретения состоит в следующем.The technical effect of using the proposed invention is as follows.

Предложенный способ измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки существенно повышает ее эксплуатационные параметры, т.е. обеспечивает существенное снижение затрат, связанных с недожогом и пережогом используемого топлива. Он также упрощает всю инфраструктуру тепловой энергетической установки, делая ее более мобильной и более надежной при любом режиме ее работы, в том числе и при форсированном режиме ее работы при экстремальных условиях окружающей среды. Для ее модернизации с целью повышения ее эффективности не требуются ни квалифицированные специалисты, ни большие вложения, а текущие затраты при этом могут быть существенно уменьшены.The proposed method for measuring and monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant significantly increases its operational parameters, i.e. provides a significant reduction in costs associated with the burning and burning of used fuel. It also simplifies the entire infrastructure of a thermal power plant, making it more mobile and more reliable in any mode of operation, including the forced mode of operation under extreme environmental conditions. For its modernization in order to increase its efficiency, neither qualified specialists nor large investments are required, and current costs can be significantly reduced.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявленного изобретения выполнена следующая совокупность условий:Thus, the above information shows that when using the claimed invention, the following set of conditions:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для определения концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки с целью использования ее в системе регулирования всем процессом;- a tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely to determine the concentration of oxygen in the exhaust gas of a thermal power plant in order to use it in the entire process control system;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;- for the claimed invention in the form as described in the independent claim, the possibility of implementation using the methods and methods described above or known prior to the priority date is confirmed;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Преимущества заявленного изобретения состоят в том, что предложенный способ измерения и контроля концентрации кислорода в отходящем газе тепловой энергетической установки более прост, надежен и недорог как в процессе внедрения, так и в процессе его эксплуатации. Предложенный в нем способ забора анализируемой пробы не нуждается ни в побудителе расхода, ни в электрореспираторе и обладает большей представительностью (соответствием контролируемой среде) анализируемой пробы, что позволяет его использовать в любой системе контроля и регулирования тепловой энергетической установки, включая действующие установки с устаревшими системами регулирования.The advantages of the claimed invention are that the proposed method for measuring and monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas of a thermal power plant is simpler, reliable and inexpensive both in the implementation process and during its operation. The method for sampling the analyzed sample proposed in it does not need either a flow inducer or an electric respirator and has a greater representativeness (correspondence to the controlled environment) of the analyzed sample, which allows it to be used in any control and regulation system of a thermal power plant, including existing plants with outdated control systems .

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. A method of measuring and monitoring the concentration of oxygen in the exhaust gas of a thermal power plant, which includes: sampling a gas sample, determining the concentration of oxygen in the exhaust gas and processing the information received in order to use it in a control system that is carried out using a continuously working automatic system, which includes a sampler with an oxygen-sensitive sensor, a remote measuring unit with a liquid crystal display with a keyboard, measuring and register control devices, a computer and control devices, characterized in that the gas sample is taken by continuously pumping the exhaust gas through the coaxial channels of the sampler and the associated end vortex chamber into which an oxygen-sensitive sensor is placed, and the oxygen concentration in the exhaust gas is determined by EMF measurement of an oxygen-sensitive sensor, arising due to the difference in the partial pressures of oxygen in the comparative and analyzed gas mixtures, and continuous computer processing using data based on the numerical solution of the Nernst equation

(E ~ \frac{R T}{n F} \ln \frac{P O_{2} from R . g .}{P O_{2} but n . g .}) .

2. The method of measurement and control according to claim 1, characterized in that the continuous pumping of the exhaust gas through the coaxial channels of the sampler and the associated end vortex chamber is carried out due to the difference in static and dynamic pressures inside the coaxial channels, from which the external coaxial channel is hermetically connected with the case of the end vortex chamber, and the internal coaxial channel is in the form of a pitot tube and is fixed relative to the external coaxial channel using a flat spiral nts and thus exclude the ingress of solid particles of dust and liquid condensate onto an oxygen-sensitive sensor, while the latter is fixed with the possibility of its rapid dismantling at the blind end of the vortex chamber along its longitudinal axis and is performed primarily in the form of a potentiometric solid electrolyte cell based on zirconium ceramic.

3. The method of measurement and control according to claim 1, characterized in that the monitoring of the state of the oxygen concentration in the exhaust gas is carried out by generating signals for control devices by continuously monitoring the current concentration and comparing it with the concentration obtained and recorded in the computer's memory during commissioning work carried out when the thermal power plant is put into operation, while if during monitoring the current oxygen concentration differs by more than 5%, automatically yuchayut control devices, which are mainly used advantageously backup burner and blower.