Каталог разработок

Газоанализатор кислорода и окиси углерода с нанокерамическим чувствительным элементом ЭКОН

Поставщик: Экон, ЗАО Ключевые слова: нанокерамика, газоанализаторы Регион: Калужская область

Газоанализатор кислорода и окиси углерода для котлоагрегатов и промышленных печей с нанокерамическим чувствительным элементом ЭКОН.

К разработке предлагается стационарный беспробоотборный газоанализатор кислорода и окиси углерода на твёрдых электролитах с применением нанокерамических порошков для осуществления достоверного, оперативного и непосредственного определения содержания кислорода и СО в различных газовых средах при высоких температурах. На сегодняшний день не существует отечественных беспробоотборных газоанализаторов кислорода и СО, основанных на электрохимическом принципе, с использованием керамических твёрдых электролитов. Безусловно, такие газоанализаторы будут обладать рядом технических и конкурентных преимуществ, по сравнению с известными аналогами.

Описание продукта

Область использования:
системы автоматизированного управления оптимальным режимом работы котлоагрегатов, работающих на угле, мазуте или природном газе, в том числе с повышенным содержанием серы, технологические печи различного назначения.

Как известно, управление процессом горения, осуществляют по содержанию кислорода в отходящих газах. Автоматизированные системы управления процессом горения, основой которых являются стационарные газоанализаторы, так же устанавливают оптимальное соотношение «топливо-воздух» по величине содержания кислорода. При этом теоретически наилучшей можно считать ситуацию, когда содержание остаточного кислорода приближается к нулю. Т. е. весь кислород сгорает, при этом, с одной стороны, его достаточно для завершения процесса горения топлива, с другой стороны не затрачивается энергия на нагрев избыточного кислорода.

Однако на практике, даже при наличии некоторого избытка кислорода в отходящих газах (0,3–0,8 % об.), может происходить резкое повышение концентрации СО. Это связано с износом котельного оборудования, износом горелок и ухудшением гомогенизации смеси топливо-воздух, изменением состава и качества топлива, влажности воздуха и тд. Поэтому на котлах для исключения возможности увеличения химнедожога и образования СО, при контроле и регулировании процесса горения по кислороду, поддерживается избыточное содержание кислорода в дымовых газах на уровне 1,0–2,0 % об. При этом тратится дополнительная энергия на нагрев избытка воздуха; кроме того, сжигание некоторых видов топлива с повышенным содержанием серы, например, высокосернистого мазута, в условиях избытка кислорода приводит к ускорению процессов сернокислой коррозии и преждевременному выходу из строя оборудования.

Газоанализатор позволяет определять не только содержание кислорода, но и содержание комплекса углеводородов и СО (химнедожёг) и, соответственно, осуществлять регулирования процесса горения, основываясь на данном измерении с тарировкой по СО. Такой способ регулирования обладает более высокой чувствительностью к изменению характеристик горения.

Газоанализатор будет состоять из датчика стационарного типа, устанавливаемого непосредственно на котле, и электронного блока, где осуществляется преобразование сигнала и индикация показаний.

Характеристика Значение
Основные технические характеристики (планируемые):
Диапазон измерения кислорода, % об 0,1–25
Диапазон измерений СО (недожог), % об 0–0,5
Температура в газоходе, °C 25–800
Атмосферное давление, кПа 84,6–104,7
Основная относительная погрешность для О2 ± 2,0%
Основная относительная погрешность для СО ± 4%
Время установления показаний, с не более 10
Унифицированный токовый выход, мА 0–5 (4–20)
Интерфейс связи Modebus RTU (RS-485)
Длина погружного зонда, мм до 2300
Ресурс, тыс. час 16

Планируется использовать научные и научно-технические разработки и достижения, отличающиеся новизной:

  • химический, гранулометрический и фазовый состав твердоэлектролитной керамики на основе диоксида циркония для изготовления чувствительного элемента датчика СО с использованием наноразмерных порошков;
  • конструкция и технологические режимы изготовления керамического наноструктурированного чувствительного элемента датчика СО.

Маркетинг продукта

В настоящее время за рубежом разработаны и производятся газоанализаторы комплекса газов фирм «MRU GmbH» (Германия), «Testo AG» (Германия), «Иокогава электрик» (Япония).

Однако их цена в 2 и более раз выше предполагаемой стоимости наших приборов, высока также стоимость их установки и обслуживания. Кроме этого, зарубежные аналоги не всегда приспособлены работать в специфических условиях отечественных промышленных топливосжигающих установок, которые зачастую находятся в изношенном состоянии, эксплуатируются с отклонениями от технологического регламента, на низкосортном топливе.

Главный отличительный признак разрабатываемого газоанализатора от импортного оборудования — низкая цена при аналогичных технических характеристиках, что сделает его доступным для отечественных потребителей.

Существуют отечественные аналоги, например, газоанализаторы контроля дымовых газов, выпускаемые заводом «Аналитприбор» (Смоленск), «Проманалитприбор» (Новосибирская обл.), «ЭкоМон» (Москва), «Информаналитика» (Санкт-Петербург), «Уралэкоавтоматика» (Екатеринбург).

В некоторых из них для определения содержания СО используется термокаталитический принцип (АКВТ-03, Оптима-3 «Аналитприбор», г. Смоленск), в других - оптико-абсорбционный (АСП-Экомер «Проманалитприбор», Новосибирская обл.), электрохимический с пробоотбором и доставкой проб (КГА-8 С «ЭкоМон», Москва).

Все вышеперечисленные способы определения СО имеют существенные недостатки, что сказывается на технических характеристиках и потребительских свойствах данных приборов.

Например, термокаталитический принцип, основывающийся на выделении тепла при соединении монооксида углерода с кислородом на катализаторе имеет низкую чувствительность при малых содержаниях СО, неэффективен при отсутствии кислорода, каталитические сенсоры отравляются углеродосодержащими веществами, вследствие этого требуют частой поверки и замены.

Недостатки оптико-абсорбционного метода, основанного на способности веществ избирательно поглощать лучистую энергию в определенном диапазоне волн, — ненадежность оптического оборудования, загрязнение, влияние на показания примесей в топливе, что особенно актуально для отечественных котлоагрегатов, зачастую эксплуатирующихся на низкокачественном топливе (данный способ определения СО используется большинством импортных аналогов).

Недостатки пробоотборных методов — необходимость обеспечения пробоподготовки, сохранности пробы, монтажа и эксплуатации пробоотборных линий, низкая точность и быстродействие.

Текущая стадия разработки

ЗАО «Экон» в течение 12 лет выпускает беспробоотборный газоанализатор кислорода на твердых электролитах для котлоагрегатов, работающий в температурном интервале 25–760°C. Газоаналитическое оборудование «Экон» установлено более чем на 800 предприятиях в России и странах Ближнего и Дальнего Зарубежья. Освоены технологии и решены наукоемкие взаимосвязанные задачи, а именно:

  • разработана и освоена технология серийного производства твердоэлектролитной керамики с добавками наноматериалов для чувствительных элементов датчиков кислорода;
  • освоена технология сварки и высокотемпературной вакуум-герметичной пайки разнородных керамических и металлокерамических соединений;
  • освоена технология пленочных металлических покрытий;
  • создано и аттестовано специальное оборудование для метрологической аттестации выпускаемых серийно приборов;
  • проводятся лабораторные испытания макетного образца газоанализатора для контроля кислорода и СО.

Финансовый план

Результатом завершения проекта будет создание отечественных высокотемпературных газоанализаторов кислорода и СО для контроля различных газовых смесей, работоспособных в условиях российских производств и позволяющих создать автоматизированные системы управления процессом сжигания топлива, а также управлять другими высокотемпературными технологическими процессами.

Стоимость всего проекта составляет 8 000 000 рублей. Для реализации проекта дополнительно необходимо 4 000 000 рублей, а средства в объеме 4 000 000 рублей в разработку вкладывает ЗАО «ЭКОН» (из собственных средств предприятия).

Дополнительная информация (нужна регистрация)

Права интеллектуальной собственности

Конструкторские и технологические решения ЗАО «Экон» защищены следующими патентами и свидетельствами:

  • Датчик контроля дымовых газов. Патент на изобретение № 2142129, приоритет от 10.02.1997.
  • Керамический чувствительный элемент твердоэлектролитного датчика концентрации кислорода. Свидетельство на полезную модель № 15403, приоритет от 27.04.2000.
  • Способ изготовления чувствительного элемента твердоэлектролитного датчика концентрации кислорода. Патент на изобретение № 2167415, приоритет от 25.04.2000.
  • Чувствительный элемент газоанализатора кислорода и способ его изготовления. Патент на изобретение № 2339027, приоритет от 10.12.2007.
  • Электрохимическая ячейка — кислородный сенсор и способ его изготовления. Заявка на патент № 2010112932 от 05.04. 2010 г.

Карточка организации:

  • Теги