Zpráva ze vstupních měření na. testovací trati stanovení TZL č /09

Transkript

1 R Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Výzkumné energetické centrum 17. listopadu 15/ Ostrava Poruba Zpráva ze vstupních měření na testovací trati stanovení TZL č /09 Místo provedení měření: Datum provedení měření: VEC leden.2009 Datum vypracování: Stran: 15 Soubor Zpráva z testovací trati stanovení TZL.doc vec@vsb.cz tel: vedoucí sekretariát fax:

2 Obsah 1. Úvod Účastníci měření Popis zařízení Průběh a výsledky měření Závěry...13 Seznam obrázků obr. č. 1 Schéma testovací trati TZL...4 obr. č. 2 Schéma rozmístění odběrových bodů v měřicím profilu...6 obr. č. 3 Schéma vzorkovací aparatury pro stanovení TZL...9 obr. č. 4 Rozbor granulometrie popílku VZ 074/ Seznam tabulek tab. č. 1 Stanovené korekční konstanty...7 tab. č. 2 Výsledky měření koncentrace prachu...11 tab. č. 3 Porovnání střední rychlosti vzduchu v měřicím profilu rychlosti a měření kombinovanou sondou v měřicím profilu č. 1 a Seznam grafů graf č. 1 Závislost výstupního proudu triboelektrického prachoměru na koncentraci prachu v testovací trati...5 graf č. 2 Rychlostní profily při rychlostech cca 5, 10 a 15 m/s...7 graf č. 3 Grafické znázornění průběhu korekční konstanty...8 graf č. 4 Grafické zobrazení naměřených koncentrací prachu...11 graf č. 5 Rychlostní profilv měřicím profilu č. 1 (kombinovaná sonda)...12 graf č. 6 Rychlostní profil v měřicím profilu č. 2 (kombinovaná sonda)...13 graf č. 7 Porovnání výtěžnosti měřicích profilů v testovací trati stanovení TZL...14 graf č. 8 Porovnání průměrné výtěžnosti použitých odběrových aparatur a měřicích profilů /15

3 1. Úvod Na Výzkumném energetickém centru byla postavena testovací trať stanovení TZL na které byly provedeny vstupní testy, jejichž výsledky jsou shrnuty v této zprávě. Cílem bylo ověřit připravenost tratě pro validaci. 2. Účastníci měření Měření koncentrace TZL a průtoku: Autor zprávy : Ing. František Hopan Zdeněk Kysučan Ing. František Hopan 3. Popis zařízení Jedná se testovací trať (viz. obr. č. 1), která umožní v reálném vertikálním potrubí φ 315 mm nastavit referenční (porovnávací) hodnotu hmotnostního toku TZL se zaměřením na střední hmotnostní koncentraci TZL po průřezu v rozsahu 50 až 500 mg/m 3 N, rychlost 5 až 20 m/s. Příprava koncentrované aerodisperzní směsi je zajištěna dávkovačem, který sype prach (TZL) do násypky, ze které je směs vzduchu a prachu dopravována k ejektoru. Ejektor nasává dávkovaný prach se vzduchem a v difuzoru dochází k smíchání této směsi se vzduchem trysky ejektoru. Následně je tato směs potrubím φ20 mm dopravována přes kónický směšovací kus (perforovaný plech) na vstup do odběrového úseku testovací tratě, který je tvořen vertikálním potrubím φ 315 mm o délce cca 7 m. Na vertikálním odběrovém úseku jsou dvě stanoviště umožňující realizaci reprezentativního odběru vzorku plynu pro stanovení střední koncentrace TZL. Dále je vzdušina vedena do filtračního zařízení, kde dojde k záchytu podstatné části nadávkovaného prachu. Filtrační zařízení je následně spojeno s ventilátorem, který představuje zdroj sání pro měřící trať. Výstup ventilátoru je vyveden mimo prostor zkušebny. 3/15

4 OBR. Č. 1 SCHÉMA TESTOVACÍ TRATI TZL 4/15

5 3.1. Dávkovaný prach Pro dávkování prachu je použit popílek zachycený v elektrostatickém odlučovači za kotlem spalujícím černé uhlí. Výsledek garanulometrického rozboru je uveden na obr. č. 4 (VZ 074/09) d(0,1): 2,454 µm; d(0,5): 17,788 µm; d(0,9): 80,614 µm; d50: 38,416 µm Příprava aerodisperzní směsi Vibrační korýtkový dávkovač sype prach do vstupního trychtýře, ze kterého je směs vzduchu a prachu nasávána k ejektoru. Ejektor nasává dávkovaný prach se vzduchem a v difuzoru dochází k smíchání této směsi se vzduchem. Trať je vybavena automatickou regulací rovnoměrnosti dávkovaného prachu. Pro tuto regulaci je řídící veličinou výstupní proud z triboelektrického prachoměru (graf č. 1), který dává informaci změně koncentrace prachu. Prachoměr je v testovací trati umístěn uprostřed mezi kónickým směšovacím dílem a měřicím profilem č. 1. Regulovanou veličinou je poměr doby zapnutí a vypnutí vibračního podavače prachu. Tato regulace je schopna regulovat jen v úzkém rozmezí, je třeba pravidelně kontrolovat množství prachu v korýtku podavače a dle potřeby měnit amplitudu vibrace. Podmínky stanovení : rychlost 10 m/s, prach z EO, 25 C y = 1,803x 2-1,734x - 25,754 R 2 = 0,980 koncentrace TL mg/m3n prachoměr ma GRAF Č. 1 ZÁVISLOST VÝSTUPNÍHO PROUDU TRIBOELEKTRICKÉHO PRACHOMĚRU NA KONCENTRACI PRACHU V TESTOVACÍ TRATI 5/15

6 3.3. Měřicí profily Odběrový úsek testovací tratě je tvořen vertikálním potrubím φ 315 mm a délce cca 7 m. V tomto úseku jsou 2 stanoviště pro odběr vzorku pro gravimetrické stanovení střední koncentrace TZL. Stanoviště jsou navržena tak, aby se minimalizovalo jejich vzájemné ovlivňování (dlouhé uklidňovací délky). Výše umístěné stanoviště (měřící profil č.1) je umístěno nad úrovní ochozu tak, aby byla zajištěna dobrá obslužnost vstupních otvorů. Spodní stanoviště (měřící profil č.2) je umístěno v dolní části trati a je obsluhováno ze země. Oba měřicí profily jsou osazeny dvěmi vstupními otvory v ose obou vzorkovacích (měřicích) přímek. Jsou použity standardní obdélníkové příruby 200 x 100 mm. Měřicí profil je rozdělen do 5 odběrových bodů viz obr. č Φ B A OBR. Č. 2 SCHÉMA ROZMÍSTĚNÍ ODBĚROVÝCH BODŮ V MĚŘICÍM PROFILU 3.4. Stanovení průtoku vzduchu v testovací trati TZL Mezi oběma měřicími profily se nachází měřící profil pro stanovení rychlosti vzduchu v trati (měřicí profil rychlosti). V tomto místě se stanovuje celkové množství proudícího vzduchu na základě měření dynamického tlaku na Prandtlově trubici (rychlostní sondě) v ose potrubí. 6/15

7 Před vlastními testy stanovení koncentrace TZL byly detailně stanoveny rychlostní profily v obou přímkách a byla stanovena korekční konstanta udávající poměr mezi střední rychlostí vzduchu a rychlostí vzduchu uprostřed profilu při rychlostech 5, 10 a15 m/s (tab. č. 1, graf č. 2 a graf č. 3). Stanovená závislost poměru rychlostí v ose potrubí ke střední rychlosti v profilu při různých rychlostech slouží pro výpočet střední rychlosti při reálném měření. Teplota proudící vzdušiny je měřena odporovým teploměrem (Pt100), který je umístěn za druhým měřícím profilem pro odběr TZL (před dolním obloukem). rychlost uprostřed kouřovodu korekční konstanta průměrná rychlost v profilu průměrná rychlost v profilu při použití průměrné konstanty m/s - m/s m/s % 4,80 0,937 4,501 4,518 0,4 9,85 0,941 9,267 9,268 0,0 14,99 0,945 14,170 14,113-0, m/s 0,941 rozdíl TAB. Č. 1 STANOVENÉ KOREKČNÍ KONSTANTY rychlost vzduchu [m/s] A 5 m/s A 10 m/s A 15 m/s B 5 m/s B 10 m/s B 15 m/s ,5 315 místa v profilu [mm] GRAF Č. 2 RYCHLOSTNÍ PROFILY PŘI RYCHLOSTECH CCA 5, 10 A 15 M/S 7/15

8 0,946 0,945 0,944 korekční konstanta 0,943 0,942 0,941 0,940 0,939 0,938 0, rychlost uprostřed kouřovodu [m/s] GRAF Č. 3 GRAFICKÉ ZNÁZORNĚNÍ PRŮBĚHU KOREKČNÍ KONSTANTY Rychlost měřená Prandtlovou trubicí v ose testovací trati je řídící veličinou pro regulaci průtoku vzduchu v trati. Na základě nastavené a měřené hodnoty rychlosti řídí PID regulátor otáčky ventilátoru pomocí frekvenčního měniče. Veličiny jsou měřeny v sekundových intervalech a jsou ukládány minutové průměry Stanovení referenční hodnoty koncentrace TZL Referenční hodnota koncentrace TZL je stanovována z množství dávkovaného prachu, doby činnosti vibračního podavače a naměřeného referenčního průtoku vzduchu. Do vibračního podavače je nasypáno předem zvážené množství prachu. Stopkami je měřena doba aplikace prachu do testovací tratě. Jsou měřeny všechny potřebné veličiny pro stanovení průtoku vzduchu v trati. Po skončení zkoušky je zvážen zbylý prach ve vibračním podavači. Množství dávkovaného prachu je stanoveno rozdílem hmotnosti před a po aplikaci. Z těchto hodnot je stanoven průměrný hmotový tok a průměrná referenční koncentrace prachu po dobu zkoušky Metodika stanovení koncentrace TZL v měřícím místě Měření je prováděno gravimetrickou aparaturou podle ČSN ISO Princip měřící metody je založen na izokinetickém odsátí vzorku plynu z potrubí. Pro výpočet 8/15

9 okamžitého množství odsávaného vzorku, tak aby odběr splňoval požadavky izokinetického odběru, je nutné měřit rychlost a stavové podmínky vzduchu v měřícím profilu (teplota, tlak). Pro stanovení koncentrace TZL v místě měření se provádí odběr sondou, která je napojena na externí zachycovač, kde se na filtru ze skleněných mikrovláken zn. MUNKTELL zachytí veškerý prach z odsávaného vzorku vzduchu. Vzorek je dále veden přes průtokoměr. Po odběru je stanoven odebraný objem vzduchu při normálních stavových podmínkách. Za průtokoměrem je zařazena regulovatelná vývěva. Po ukončení odběru se provede vysušení a zvážení zachyceného prachu. Koncentrace TZL se stanoví jako podíl množství zachycených TZL k objemu odsátého suchého plynu přepočteného na normální podmínky (0 C; 101,3 kpa). Základní schéma aparatury je uvedeno na obr. č Prandtlova trubice 2. termočlánek pro měření teploty plynu v potrubí 3. manometr pro měření statického tlaku plynu v potrubí 4. manometr pro měření diferenčního tlaku na Prandtlově trubici 5. hubice odběrové sondy 6. odběrová sonda 7. zachycovač tuhých znečišťujících látek 8. předem zvážená nádobka pro jímání kondenzátu 9. laboratorní předvážky pro stanovení hmotnosti zkondenzované vody 10. manometr pro měření atmosférického tlaku 11. modul snímání dat 12. PC pro záznam dat 13. termočlánek pro měření teploty okolí 14. termočlánek pro měření teploty spalin v potrubí 15. kondenzátor 16. termočlánek pro měření teploty na výstupu plynu z kondenzátoru 17. filtr pro ochranu čerpadla před vniknutím nečistot 18. manometr pro měření statického tlaku na výstupu plynu z kondenzátoru 19. clona 20. manometr pro měření diferenčního tlaku na cloně 21. termočlánek pro měření teploty spalin za clonou 22. vývěva (Becker) 23. frekvenční měnič OBR. Č. 3 SCHÉMA VZORKOVACÍ APARATURY PRO STANOVENÍ TZL 9/15

10 4. Průběh a výsledky měření Dne bylo provedeno měření prachu v testovací trati TZL. Byla dle možností nastavena a udržována konstantní koncentrace prachu v testovací trati. Měření prachu bylo provedeno ve dvou měřicích profilech současně. K měření byly použity dvě odběrové aparatury: o Aparatura č. 1 - byla s kombinovanou odběrovou sondou tzn. těsně vedle odběrového bodu byla umístěna rychlostní sonda podle které byly nastavovány podmínky izokinetiky. o Aparatura č. 2 - používala pouze jednoduchou odběrovou sondu a podmínky izokinetického odběru byly nastavovány dle rychlosti vzduchu uprostřed profilu v místě měřícího profilu rychlosti. V měřených profilech bylo zvoleno 5 odběrových bodů rozmístěných v profilu dle základního rozdělení vyplývajícího z normy ČSN ISO 9096 viz. obr. č. 2. V každém bodě odběr probíhal po dobu 10 minut. Současně bylo pro každý odběr stanoveno celkové množství dávkovaných TZL, pro stanovení referenční koncentrace TZL. Pro každý odběr byla stanovena hodnota výtěžnosti tj. poměr mezi naměřenou hodnotou koncentrace a referenční hodnotou koncentrace hodnota je udávána v %. Naměřené výsledné hodnoty jsou uvedeny v tab. č. 2. Porovnání naměřených koncentrací v testovací trati v měřicím profilu č. 1 a 2. a referenční koncentrace uvádí graf č. 4. Porovnání střední rychlosti vzduchu stanovené měřicím profilu rychlosti a v měřicích profilech č. 1 a 2. uvádí tab. č. 3. Rychlostní profily v měřicím profilu č. 1 a 2. stanovené při měření koncentrací dne při použití kombinované sondy v 5 bodech na profilech uvádí graf č. 5 a graf č /15

11 Datum čas od 13:23 15:06 16:18 17:43 18:50 19:55 čas do 14:17 15:59 17:10 18:36 19:43 20:47 označení odběru rychlost uprostřed měřicího profilu m/s 9,99 9,99 10,00 10,00 9,99 9,99 průměrná rychlost v měřicím profilu rychlosti m/s 9,40 9,40 9,41 9,41 9,40 9,40 průtok vzduchu m3/h m 3 N/h referenční stanovení množství dávkovaných TZL g 141,1 134,6 128,7 125,3 126,8 122,6 doba dávkování min koncentrace mg/m 3 N 65,9 64,0 62,3 59,4 59,9 59,0 hmotový tok g/h aparatura aparatura č. 1 - měření kombinovanou sondou místo navážka mg 505,1 měřicí profil č , ,5 měřicí profil č odebraný objem m 3 N 8,326 8,435 8,446 8,608 8,674 8,321 naměřená koncentrace mg/m 3 N 60,7 60,1 59,6 57,6 55,7 57,9 hmotový tok g/h výtěžnost aparatura č. 1 % 92,1 93,9 95,5 96,9 92,9 98,1 aparatura aparatura č. 2 - měření jednoduchou sondou místo navážka mg 536,1 měřicí profil č ,4 480,8 444 měřicí profil č ,6 459,6 odebraný objem m 3 N 8,155 8,144 8,148 8,176 8,184 8,19 naměřená koncentrace mg/m 3 N 65,7 61,6 59,0 54,3 52,4 56,1 hmotový tok g/h výtěžnost aparatura č. 2 % 99,8 96,2 94,7 91,4 87,4 95,0 TAB. Č. 2 VÝSLEDKY MĚŘENÍ KONCENTRACE PRACHU Koncentrace prachu mg/m 3 N aparatura č. 1 aparatura č. 2 referenční hodnota 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, označení odběru GRAF Č. 4 GRAFICKÉ ZOBRAZENÍ NAMĚŘENÝCH KONCENTRACÍ PRACHU 11/15

12 Označení odběru Střední rychlost v měřicím profilu rychlosti Střední rychlost v měřicím profilu č. 1 m/s 9,36 9,47 9,50 m/s 9,40 9,40 9,41 Relativní odchylka % 0,5-0,7-0,9 Označení odběru Střední rychlost v měřicím profilu rychlosti Střední rychlost měřicím profilu č. 2 m/s 9,64 9,69 9,33 m/s 9,41 9,40 9,40 Relativní odchylka % -2,4-3,0 0,8 TAB. Č. 3 POROVNÁNÍ STŘEDNÍ RYCHLOSTI VZDUCHU V MĚŘICÍM PROFILU RYCHLOSTI A MĚŘENÍ KOMBINOVANOU SONDOU V MĚŘICÍM PROFILU Č. 1 A 2. Rychlostní profil v měřicím profilu č. 1 přímka A přímka B 11,0 10,5 rychlost vzduchu [m/s] 10,0 9,5 9,0 8,5 8, vzdálenost od příruby [mm] GRAF Č. 5 RYCHLOSTNÍ PROFILV MĚŘICÍM PROFILU Č. 1 (KOMBINOVANÁ SONDA) 12/15

13 Rychlostní profil v měřicím profilu č. 2 přímka A přímka B 11,0 rychlost vzduchu [m/s] 10,5 10,0 9,5 9,0 8,5 8, vzdálenost od příruby [mm] GRAF Č. 6 RYCHLOSTNÍ PROFIL V MĚŘICÍM PROFILU Č. 2 (KOMBINOVANÁ SONDA) 5. Závěry Během ledna 2009 bylo na testovací trati TZL provedeno několik sérií měření (8), testů a úprav. Následně byla provedena série 12 odběrů se dvěmi odběrovými aparaturami, na základě těchto výsledků lze učinit tyto závěry: Podařilo se docílit relativně stabilního dávkování prachu do testovací tratě, tato skutečnost je kontrolována triboelektrickým prachoměrem. Byla ověřena funkčnost trati při koncentracích okolo 60 mg/m 3 N, ověření při dalších hladinách koncentrací bude dále probíhat. Plánovaná koncentrační úroveň při validaci bude cca 250 mg/m 3 N. Dle dostupného množství pozorování je možno konstatovat, že měřící profil č. 2 vykazuje lepší hodnotu výtěžnosti oproti měřicímu profilu č. 1 viz. graf č. 7. Dle dostupného množství pozorování je možno také konstatovat, že vliv měřicího profilu je větší než použitý způsob odběru vzorku (kombinovaná vs. jednoduchá odběrová sonda) viz. graf č. 8. Pro zde prezentovaná pozorování bylo použito základní rozdělení měřicích bodů v měřícím profilu. Norma ČSN ISO 9096 používá také tangenciální rozdělení měřicích bodů na měřicím profilu. Toto rozdělení by bylo vhodné také vyzkoušet. Testovací trať porovnání TZL je připravena v validaci. 13/15

14 porovnání výtěžností měřicího profilu č. 1 a 2 měřicí profil č. 2 měřicí profil č Výtěžnost - poměr výsledku odběru ku referenční hodnotě [%] aparatura č. 2 aparatura č. 1 aparatura č. 2 aparatura č. 1 aparatura č. 2 aparatura č. 1 aparatura č. 1 aparatura č. 2 aparatura č. 1 aparatura č. 2 aparatura č. 1 aparatura č označení odběru GRAF Č. 7 POROVNÁNÍ VÝTĚŽNOSTI MĚŘICÍCH PROFILŮ V TESTOVACÍ TRATI STANOVENÍ TZL 97 Výtěžnost - poměr výsledku odběru ku referenční hodnotě [%] měřicí profil č. 2 měřicí profil č. 1 aparatura č. 2 - jednoduchá sonda aparatura č. 1 - kombinovaná sonda GRAF Č. 8 POROVNÁNÍ PRŮMĚRNÉ VÝTĚŽNOSTI POUŽITÝCH ODBĚROVÝCH APARATUR A MĚŘICÍCH PROFILŮ 14/15

15 OBR. Č. 4 ROZBOR GRANULOMETRIE POPÍLKU VZ 074/09 15/15