DE19502069C2 - Anordnung für die optische Bestimmung der Konzentration von Alkalien in einem Heißgasstrom - Google Patents
Anordnung für die optische Bestimmung der Konzentration von Alkalien in einem HeißgasstromInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die optische Bestimmung der Konzentration
von Alkalien in einem Heißgasstrom.
Bei der Erzeugung von Heißgas durch Verbrennen oder Verga
sen von Kohle in einer druckaufgeladenen Wirbelschichtfeue
rung für den Betrieb einer Gasturbine sind die freigeworde
nen dampfförmigen Alkaliverbindungen für die Korrosion an
den Turbinenschaufeln verantwortlich. Es ist deshalb uner
läßlich, Alkalien im Heißgas zu bestimmen, um erforderliche
Maßnahmen zur Vermeidung von Korrosionen einzuleiten. Die
Bestimmung von Gaskomponenten im Heißgasstrom erfolgt direkt
durch einen Teilstrom in einer Meßstrecke (z. B. DD 57 220,
DD 291 399 A5) oder direkt durch einen Teilstrom über eine
Absorptionslösung nach verschiedenen Analysenverfahren (z. B.
DD 269 448 A1).
Bei Heißgas-Temperaturen größer 1100°C werden die Alkalia
tome thermisch angeregt, so daß ein Licht definierter Wel
lenlänge emittiert wird (DE 42 32 771 A1). Diese Emissionen
werden über Faseroptiken oder Fenster nach ihrer Intensität
ausgewertet.
Bekannt ist es, nach EP 0 192 919 A1 bei einer Temperatur
des Heißgasstromes von über 1000°C mit einer thermischen
Anregestrecke (Funkenstrecke) und einer optischen Erfas
sungseinrichtung Bestandteile des Heißgasstromes zu bestim
men. Hierfür ist es notwendig, ein Probengas aus dem Heiß
gasstrom zu entnehmen und die Untersuchung außerhalb des
Heißgasstromes durchzuführen, was als Nachteil angesehen
wird.
Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, die ebenfalls außer
halb des Heißgasstromes angeordnet sind und verschiedene
weitere Anregungsarten aufweisen (DE-OS 15 98 303,
GB 900 423).
Bei Heißgas-Temperaturen kleiner 1000°C ist eine solche op
tische Erfassung nicht möglich, da keine Emission der Al
kaliatome aufgrund der geringen thermischen Anregungen ein
tritt.
Es ist daher bekannt, mit einem leistungsstarken Laser im
UV-Bereich die dampfförmigen Alkaliverbindungen aufzuspal
ten und anzuregen. Durch ein Fenster wird der Laserstrahl
eingespeist und am gegenüberliegenden Fenster ein Sekundär
elektronenvervielfacher zur Erfassung der Laserenergie an
geordnet. Im Winkel von 90° ist ein zweiter Sekundärelek
tronenvervielfacher zur Erfassung des emittierten Lichts
angeordnet.
Es wurde jedoch festgestellt, daß zwar Alkaliverbindungen
Na2O, NaCl, K2O und KCl aufgespalten und angeregt werden,
nicht jedoch die im Heißgas ebenfalls vorhandenen Alkali
verbindungen Na2SO4 und K2SO4. Dadurch sind nicht alle
die Korrosionen auslösenden Alkalien erfaßbar.
Aufgrund der weiteren Inhaltsstoffe des Heißgases wird
durch Absorption die Leistung des UV-Lasers stark redu
ziert, so daß reale Meßergebnisse nur über komplizierte Be
rechnungsverfahren erreichbar sind. Um die genannten Alka
liverbindungen trotzdem zu erfassen, sind erhebliche Auf
wendungen für die Einkopplung einer großen Anregungsenergie
durch einen UV-Laser erforderlich. Darüber hinaus ist die
Regelbarkeit nur mit erheblichen weiteren Aufwendungen mög
lich, um eine Anpassung an spezifische Analysenaufgaben zu
erreichen.
Außerdem ist es bekannt, aus dem Heißgasstrom kleiner
1000°C einen Probengasstrom zu entnehmen, mittels einer
Acetylen-Sauerstoff-Flamme, einen Plasmabrenner (DD 284 528 A5)
oder einen Gleichstrom-Lichtbogen (DD 200 351) die Al
kaliverbindungen aufzuspalten und die Alkaliatome zur Licht
emission anzuregen. Das emittierte Licht spezieller Wel
lenlänge wird mit optischen Mitteln erfaßt und ausgewertet.
Diese Methoden weisen jedoch folgende Nachteile auf:
- - Es sind geeignete Probeentnahmeeinrichtungen und Probe leitungen erforderlich.
- - Es treten Ablagerungen bzw. Kondensation der zu bestim menden Bestandteile auf.
Weiterhin ist bekannt, innerhalb des Heißgasstromes einen
mit einem gasförmigen Brennstoff betriebenen Brenner anzu
ordnen und durch die erzeugte Flamme die Alkaliverbindun
gen zur Lichtemission anzuregen.
Obwohl eine Reihe von Vorteilen erreichbar sind, weist die
se Lösung noch folgende Nachteile auf:
- - Eintrag zusätzlicher Brenngase
- - Erzeugung einer offenen Flamme
- - Bei Laständerungen werden Flammenstörungen erzeugt, die zu Schwankungen des Meßsignals und damit zu Auswertefeh lern führen.
- - Besonderer Aufwand an Brenngas und Anlagentechnik
- - Aufgrund von Laständerungen ist eine Regelbarkeit nicht gewährleistet, so daß spezifische Analysenaufgaben nicht ohne weiteres durchführbar sind.
Aus den genannten Gründen wird die Bestimmung der Alkali
verbindungen immer wieder über Probenahmesysteme realisiert
und die bekannten Nachteile in Kauf genommen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Emissi
on der Alkaliverbindungen direkt im Heißgas kleiner 1000°C
zu erreichen, ohne daß Laständerungen zu Verfälschungen
führen. Außerdem soll eine Regelbarkeit entsprechend der
Analysenaufgaben gewährleistet sein.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Anordnung für die opti
sche Bestimmung der Konzentration von Alkalien in einem Heißgasstrom mit
einer Temperatur unter, 1000°C in einem Heißgaskanal vor
einer Gasturbine, bei der als thermische Anregungs
strecke zur Erzeugung einer Lichtemission der Alkalien eine
Hochfrequenz-Induktionsspule oder eine Lichtbogen-
Elektrodenstrecke direkt in den Heißgaskanal eingesetzt und
eine optische Erfassungsanordnung für die Auskopplung der
emittierten Lichtstrahlen vorgesehen ist.
Dadurch wird erreicht, daß die Alkaliverbindungen aufge
spalten, die Alkaliatome direkt emittieren und diese Emis
sionen optisch erfaßt werden.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher er
läutert. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1: Die Einkopplung einer Hochfrequenz-Induktionsspule
in den Heißgaskanal.
Fig. 2: Die Einkopplung einer Lichtbogen-Elektroden-Strecke
in den Heißgaskanal.
In den Heißgaskanal 1 vor der, Gasturbine ist als thermische
Anregungsstrecke die Hochfrequenz-Induktionsspule 2 einge
setzt und mit dem regelbaren Hochfrequenz-Generator 3 ver
bunden (Fig. 1). An den Heißgaskanal 1 ist über das Quarz
fenster 6 als optische Erfassungs-Anordnung der Quarzlicht
leiter 4 angeordnet und mit der Auswerteeinrichtung 5 ver
bunden.
In den Heißgaskanal 1 sind als thermische Anregungsstrecke
ebenso die Lichtbogen-Elektroden 7, 8 eingesetzt und mit
dem regelbaren Gleichstrom-Generator 9 verbunden (Fig. 2).
In den Heißgaskanal 1 ist als optische Erfassungs-Anordnung
die Lichtfaseroptik 10 eingebunden.
Es ist ohne weiteres möglich, die thermische Anregungsstrecke
(2; 7, 8) zusammen mit der optischen Erfassungs-Anordnung (4;
10) als ein Bauteil in den Heißgaskanal 1 einzusetzen.
Im Heißgaskanal 1 wird das von der druckaufgeladenen Wir
belschichtfeuerung erzeugte Heißgas zur Gasturbine trans
portiert.
Durch die Verbrennung von Braunkohle enthält das Heißgas
u. a. folgende Inhaltsstoffe:
Na2SO4; Na2O; NaCl
K2SO4; K2O; KCl
K2SO4; K2O; KCl
In den Heißgasstrom 11 des Heißgaskanals 1 wird die vom
Hochfrequenz-Generator 3 erzeugte Hochfrequenzenergie über
die Hochfrequenz-Induktionsspule 2 eingekoppelt (Fig. 1). Die dadurch
erzeugte thermische Energie spaltet die o. g. Alkaliverbin
dungen, so daß die Alkaliatome Licht mit ihrer spezifischen
Wellenlänge emittieren. Dieses Licht wird über die optische
Erfassungs-Anordnung (Quarzlichtleiter 4) erfaßt und zur Auswerteeinrichtung 5
gegeben und die Konzentration der o. g. Inhaltsstoffe fest
gestellt.
Die Emission von Alkaliverbindungen im Heißgasstrom 11 wird
ebenso mit den Lichtbogen-Elektroden 7, 8 (Fig. 2)
realisiert, über die Lichtfaseroptik 10 erfaßt und in der
Auswerteeinrichtung 5 die Konzentration der o. g. Inhalts
stoffe festgestellt.
Es werden folgende Vorteile erreicht:
- 1. Alle im Heißgasstrom enthaltenen Inhaltsstoffe, die zu Korrosionen an den Gasturbinenschaufeln führen, sind direkt erfaßbar.
- 2. Durch die ausgezeichnete Regelbarkeit der einzukoppeln den Energie sind unterschiedliche Analysenaufgaben hin sichtlich der Inhaltsstoffe durchführbar.
1
Heißgaskanal
2
Hochfrequenz-Induktionsspule
3
Hochfrequenz-Generator
4
Quarzlichtleiter
5
Auswerteeinrichtung
6
Quarzfenster
7
Lichtbogen-Elektrode
8
Lichtbogen-Elektrode
9
Gleichstrom-Generator
10
Lichtfaseroptik
11
Heißgasstrom
Claims (1)
- Anordnung für die optische Bestimmung der Konzentration von Alkalien in einem Heißgasstrom (11) mit einer Temperatur unter 1000°C in einem Heißgaskanal (1) vor einer Gasturbi ne, bei der als thermische Anregungsstrecke zur Erzeugung einer Lichtemission der Alkalien eine Hochfrequenz- Induktionsspule (2) oder eine Lichtbogen-Elektrodenstrecke direkt in den Heißgaskanal (1) eingesetzt und eine optische Erfassungsanordnung für die Auskopplung der emittierten Lichtstrahlung vorgesehen ist.
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