Тут следует оговориться, все же для энергетиков присутствие датчиков кислорода уже давно стало привычным и само собой разумеющимся. В технологических картах котлов в качестве обязательного контролируемого параметра прямо прописан контроль содержания остаточного кислорода в отходящих газах. Если этот контроль не осуществляется, то повышенное содержание кислорода в зоне горения приводит к существенным потерям топлива, которое тратится на нагревание избыточного воздуха, а перерасход воздуха, в свою очередь, вызывает увеличение давления и скорости отходящих газов, следовательно, снижается КПД, и увеличивается износ оборудования. Но и это еще не все минусы. Наряду с проблемами энергоэффективности возникает проблема экологическая – повышенное содержание в выбросах оксидов азота. С другой стороны, недостаток воздуха (кислорода) приводит к неполному сгоранию топлива, то есть к его перерасходу и загрязнению окружающей среды окислами серы и углерода.

На протяжении нескольких десятков лет самым рациональным решением для контроля уровня кислорода в отходящих газах является использование стационарных беспробоотборных твердоэлектролитных газоанализаторов непрерывного действия. Именно такие приборы вот уже более 22 лет разрабатывает, сертифицирует, и производит научно-производственное предприятие «ЭКОН» в городе Обнинске. Газоанализаторы из первого наукограда России успешно работают на сотнях энергетических и промышленных предприятий России, Беларуси, Казахстана, Украины, Эстонии, Черногории, Китая, Вьетнама и Бангладеш.

Газоанализаторы кислорода ЭКОН от аналогов отличает целый ряд особенностей, позволяющий им длительное время безотказно работать при высоких температурах, воздействии агрессивных газовых сред, обладая при этом исключительным быстродействием, высокой точностью измерения и возможностью включения в АСУ ТП. И все это в условиях увеличенного до 1 года межкалибровочного интервала, при не менее чем пятилетнем сроке службы датчика, отсутствии необходимости подачи эталонного газа, а также возможности работы при запыленности до 100 г на м³!

Требование иметь приборы, работающие при повышенных температурах и в агрессивных газовых средах заставило специалистов АО «ЭКОН» еще десять лет назад, впервые в России, создать, сертифицировать и внедрить в серийное производство высокотемпературный газоанализатор ЭКОН-ВТ. Он предназначен для контроля кислорода при температурах до 1400 ⁰С в промышленных стекловаренных печах, печах обжига керамики и мусоросжигательных установках.

Стационарный газоанализатор кислорода ЭКОН-ВТ

Наибольшее распространение приборы ЭКОН-ВТ получили в стекольной промышленности. Объясняется это тем, что контроль кислорода позволяет не только снижать расход топлива, выбросы в атмосферу, повышать срок службы печей, но и поддерживать требуемый технологией окислительный потенциал газовой атмосферы над стекломассой, что имеет определяющее влияние на качество выпускаемой продукции, особенно при производстве цветных стёкол.

Как показывает опыт, большое влияние на достоверность измерения оказывает место установки датчика. Наиболее представительным можно считать измерение в том месте, где процесс горения уже завершился, подсос воздуха извне минимален, и произошла максимально полная гомогенизация газовой смеси по сечению газохода. В печах различной конструкции места установки датчиков кислорода тоже различны.

На сегодняшний день для производства стеклянных изделий преимущественно используются стекловаренные ванные печи с подковообразным и поперечным направлением пламени.

В печах с подковообразным направлением пламени схема установки стационарных газоанализаторов кислорода понятна и логична: устанавливают два газоанализатора – на правый и левый регенератор. В качестве мест установки могут быть выбраны: своды или рубашки регенераторов, факельные щёчки. Схема с установкой двух газоанализаторов ЭКОН-ВТ на подковообразную стекловаренную печь технически оправдана и экономически выгодна. Годовая экономия газа для стекловаренной печи производительностью 150 - 160 тонн в сутки, при установке комплекта из двух газоанализаторов ЭКОН-ВТ, может составить до 1 000 000 м³, срок окупаемости прибора – около двух месяцев!

Наиболее сложным в исполнении, но, тем не менее успешно решаемым на практике, можно считать выбор вариантов мест установки датчиков газоанализаторов кислорода в стекловаренных газовых регенеративных печах с поперечным направлением пламени. Данная конструкция печи предусматривает расположение от трёх до восьми пар горелок (секций) на продольных сторонах печи. Такое расположение горелок позволяет регулировать распределение температур, давлений и состава газовой среды по длине печи, что необходимо для соблюдения заданных параметров стекловарения.

В печах такой конструкции параметры горения и технологического процесса в каждой из секций могут отличаться, следовательно, настраивать горелки, проводить мониторинг расхода газа и воздуха, контролировать параметры, в том числе и содержание кислорода, нужно посекционно. Однако, такой вариант не всегда экономически оправдан, поскольку речь идёт об установке от 6 до 16 газоанализаторов на одну печь (по числу горелок) – то есть по два газоанализатора на каждую секцию.

АО ЭКОН предлагает техническое решение по установке комплекта, состоящего из двух газоанализаторов ЭКОН-ВТ в стекловаренную газовую регенеративную печь с поперечным направлением пламени, сочетающее в себе технические возможности посекционной настройки и регулирования горелок и экономическую обоснованность. Такое решение возможно, благодаря техническим особенностям газоанализатора кислорода ЭКОН-ВТ.

Рис. 1. Схема установки газоанализатора ЭКОН-ВТ в стену стекловаренной печи.

1 – датчик ЭКОН-ВТ; 2 – установочная труба; 3 – стенка регенератора; 4 – обмуровка

В конструкцию датчика ЭКОН-ВТ (1), рис. 1, входит композитная металлокерамическая установочная труба (2) с фланцем, предназначенная для защиты чувствительного элемента от агрессивного воздействия высоких температур и для установки и крепления самого датчика. Датчик крепится к фланцу установочной трубы при помощи 4-х болтов. Установочная труба монтируется в отверстии стенки регенератора (3), герметично зачеканена и обмурована (4). Установочная труба в процессе работы подвергается коррозионному и эрозионному износу, и является сменным элементом конструкции. Она может быть заменена на новую по мере необходимости, датчик при этом не меняется.

Рис. 2. Схема установки датчиков ЭКОН-ВТ в стекловаренную печь с поперечным направлением пламени. 1 - датчик ЭКОН-ВТ; установочные трубы для датчиков ЭКОН-ВТ

Таким образом, экономически оправданным решением будет использование комплекта из двух датчиков: один на правом, другой на левом регенераторе, при этом количество установочных труб должно соответствовать количеству секций печи – по две на каждую секцию. Установочные трубы должны быть вмонтированы в стенку регенератора в соответствующие места: напротив влётов горелок (Рис. 2). При этом датчики можно переустанавливать в любые установочные трубы, по мере необходимости, а можно оставить на наиболее важной позиции, например, на 1 секции печи.

В данном примере, для четырёхсекционной печи используется 8 предварительно смонтированных установочных труб (на каждой стороне по четыре) и два датчика ЭКОН-ВТ (на каждую сторону по одному). Эта пара датчиков может использоваться постоянно на первой секции от загрузочного кармана, а в остальные секции может переустанавливаться периодически, например, раз в 1 - 2 месяца, или по мере необходимости. Переустановка может проводиться, например, при отладке режима, при переходе на новое сырьё, новое изделие, при возникновении подозрения в разрегулировании горелок, других нарушениях режима работы печи. Сам процесс переустановки датчика в другую установочную трубу может занять от 5 до 10 минут, и не требует изменения режима работы печи или отключения питания датчика.

Поскольку на печах такого типа правая и левая стороны включаются попеременно, показания датчика кислорода учитываются на «отходящей» стороне.

Таким образом, реализация технического решения об использовании в стекловаренной газовой регенеративной печи с поперечным направлением пламени пары датчиков ЭКОН-ВТ и необходимого количества установочных труб (по две в каждую секцию печи), позволяет:

- осуществлять непрерывный оперативный контроль процесса горения при изменении внешних параметров: качества и состава сырья, выработки печи, качества газа, температуры и влажности воздуха, величины атмосферного давления.

- проводить постоянный контроль оптимального режима горения и окислительного потенциала среды в любой из секций длительное время;

- осуществлять контроль стабильности поддержания процесса горения, технологических параметров и работы оборудования;

- прецизионно настроить режим работы каждой секции;

- организовать автоматизированную систему управления процессом горения с корректором по кислороду.

Преимущества внедрения газоанализатора кислорода «ЭКОН-ВТ» не ограничены только экономией топлива. Даже по предварительным оценкам, снижение экологически вредных выбросов в атмосферу может составить до 40%. А учитывая вступление в силу с 1 января 2019 года ряда положений 219 ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" внимание к экологической составляющей работы стекловаренной печи будет только увеличиваться.

Положительный опыт использования приборов ЭКОН-ВТ подтверждает увеличение ресурса работы печей, улучшение технологической дисциплины, обеспечение стабильности выработки стекла, что естественно приводит к повышению качества продукции и резкому снижению количества брака.

Основные технические характеристики газоанализатора ЭКОН-ВТ

Источник: ТЕХСОВЕТ премиум №3, 2019