«Об использовании газоаналитической масс-спектрометрической системы «Гранат» при управлении теплоэнергетическими агрегатами»

Паринов С.П. (зам. ген. директора ООО «ЦФТИ «Аналитик», г. Санкт-Петербург)

Повышение эффективности работы теплоэнергетических агрегатов и снижение вредных выбросов в атмосферу — это комплексная проблема, решение которой невозможно без создания на предприятиях аналитических центров на базе современной аппаратуры и измерительных средств. При этом большое значение имеет универсальность измерительных средств, позволяющих обеспечить оперативность и достоверность информации. Выпускаемые ООО ЦФТИ «Аналитик» газоаналитические системы «Гранат» соответствуют этим требованиям и могут рассматриваться, как базовое оборудование для создания таких аналитических центров. Использование только одной системы «Гранат» позволяет осуществлять контроль состава всех входных и выходных газовых потоков одного либо нескольких агрегатов.

Газоаналитические системы «Гранат» успешно эксплуатируются на ряде металлургических комбинатов: в ККЦ-2 ОАО «ЗСМК» с 1996 г., в ККЦ-1 ОАО «НЛМК» с 1997 г., в доменном цехе ОАО «МЕЧЕЛ» с 1998 г., в доменном цехе ОАО «НЛМК» с 1999 г., в доменном цехе ОАО «Северсталь» с 2000 г. В 2000 г. поставлено оборудование на установки сухого тушения кокса КХП ОАО «ЗСМК» и КХП ОАО «НЛМК». В этом году газоаналитическая система «Гранат» изготовлена для доменного цеха комбината Пакстил (г. Карачи, Пакистан).

В качестве газоанализатора используется времяпролетный масс-спектрометр типа масс-рефлектрон. Высокий вакуум поддерживается магниторазрядным насосом, обеспечивающим «чистоту» оптико-электронной системы масс-анализатора. На способ использования магниторазрядных насосов в масс-спектрометрических газоаналитических системах получен патент (№ 2115196 от 14.07.1995 г.). Система прошла сертификацию и включена в Государственный реестр средств измерений под № 17938-98.

Использование масс-спектрометрического метода измерения обеспечивает:многокомпонентность анализа (контроль большей части неорганических газообразных элементов); однородность измерений; быстроту, непрерывность и дискретность измерений (время измерения -доли секунд); измерение состава газовых потоков, либо отдельных газовых проб в микрообъёмах; широкий диапазон измерений (от 100 (об.) % до ррm).

Система обладает следующими метрологическими характеристиками. Среднее квадратичное отклонение измерений ( ) основных газовых компонентов равняется 0.03% — 0.05% (абс.). Абсолютная погрешность измерений конверторных газов (H₂, CO, CO₂, N₂, O₂, Ar) составляет (0.005-0.015)*Х(I) + 3* (I), где Х(I) — абсолютная величина измеряемого I-го компонента.

Газоаналитическая система «Гранат» работает в автоматическом режиме и не требует присутствия человека-оператора. Программное обеспечение реализовано, как набор приложений Windows NT. Передача данных в АСУ ТП осуществляется в виде гальванически развязанных аналоговых сигналов и в цифровом виде, используя сеть Ethernet (через NetDDE для приложений Windows).

Система предусматривает формирование архива данных газового анализа, содержимое из этого архива в цифровом и графическом виде может быть выведено на экран монитора управляющего компьютера, либо компьютера рабочей станции, установленного на пульте управления технологического агрегата.

Для определения возможностей использования системы «Гранат» на теплотехнических агрегатах проведены её испытания на котле № 3 ТЭЦ ПВС (комбинат «Северсталь», г. Череповец), характеризующегося наличием следующих вход-выходных газовых потоков: доменный газ; коксовый газ, природный газ. дымовые газы (за воздухоподогревателем), дымовые газы в трубе (содержат экологически вредные выбросы: СО, NО, NО₂, Н₂S и SО₂).

Газоаналитическая система «Гранат» работала на ТЭЦ-ПВС полностью в автоматическом режиме. Одновременно с измерениями состава горючих газов осуществлялся расчёт калорийности топлива. Средние значения и диапазоны изменений значений концентраций входных и выходных газовых потоков, а также расчётных показателей претерпевают существенные изменения во времени. В дальнейшем необходимо будет вести речь не только о текущих значениях концентраций и расчётных показателей, но и об их средних уровнях.

Особый интерес представляли измерения экологически вредных выбросов в атмосферу. Нами не зафиксировано в отходящих газах значимое содержание в отходящих газах таких газовых компонент как NО₂ и Н₂S. В тоже время значения концентраций СО, NО и SО₂ изменяются в широком диапазоне. При этом обнаружено ряд закономерностей. Так с увеличением содержания СО наблюдается рост концентрации NO. В меньшей степени аналогичная связь проявляется между значениями СО и SО₂ . Практически отсутствует связь между значениями NО и SО₂. В период пропарки магистрали коксового газа резко снизился общий уровень SО₂.

Анализ полученных данных показывает, что на содержание SО₂ в дымовых газах сказывается в основном содержание серы в топливе, тогда как содержание СО и NО зависит от избытка окислителя и от температурного режима котла. Следовательно, регулированием технологического режима, повышением качества используемого топлива представляется возможным снижать общий уровень выбросов вредных газообразных веществ в атмосферу. Это многокритериальная задача, оптимальное решение которой требует учёта как экономических, так и экологических показателей работы агрегатов. Результаты испытаний показали, что газоаналитическая система «Гранат» обеспечивает решение комплекса технологических задач.

Использование данных системы «Гранат» с учётом других технологических параметров позволит вести текущий расчёт КПД агрегата, коэффициент избытка воздуха, коэффициент химического недожога; определять и минимизировать вредные газообразные выбросы в атмосферу, в том числе дымовые газы; повысить объективность данных о калорийности газов, необходимых для взаиморасчётов между цехами за поставленное топливо.

В настоящее время выполнен проект привязки систем «Гранат» к оборудованию цеха ТЭЦ ПВС комбината «Северсталь». В соответствии с этим проектом в цехе предполагается установка двух систем: одна система должна обеспечивать контроль состава вход-выходных газовых потоков семи камер, вторая система — трёх камер. Поставка и внедрение систем «Гранат» будет осуществлена в 2002 г.

В 2002 году ООО «ЦФТИ «Аналитик» планирует начать производство новой серии специализированных приборов: систему «Гранат К», предназначенную для контроля состава и калорийности газообразного топлива; систему «Гранат ГЖ», обеспечивающую контроль токсичных органических веществ в газообразной и водной среде.

При этом выпуск приборов намечается двух модификаций: в стационарном и переносном исполнении.