DK176794B1 - Indretning og fremgangsm de til m ling af rest-kulstofindhold i flyveaske - Google Patents

Description

DK 176794 B1

Indretning og fremgangsmåde til måling af rest-kulstofindhold i flyveaske Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår en indretning til måling af uforbrændt kulstof i en 5 udtaget prøve af askeholdig røggas fra forbrænding af kulstofholdigt brændsel, hvilken indretning er udformet med et askeudtagningsarrangement, samt et dertil forbundet prøvekammer, som strækker sig gennem et mikrobølgeresonanskammer, der er forbundet med en mikrobølgegenerator og en mikrobølgemodtager, hvilket prøvekammer er tilvejebragt med ventiler ved indløb og udløb, og en niveaumåler.

10

Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til måling af uforbrændt kulstof ved en udtagning af en prøve af askeholdig røggas fra forbrænding af kulstofholdigt brændsel, hvor prøven indføres i et prøvekammer, der strækker sig gennem et mikrobølgeresonanskammer, og som fyldes til et niveau ovenfor mikrobølgeresonanskam-15 meret, hvor prøven komprimeres, hvor mikrobølgeresonansmåling udføres på prøven, og hvor måling sammenholdes med en referencekurve for bestemmelse af kulstofind-holdet i prøven.

Opfindelsens baggrund

Flyveaske fra forbrænding af kulstofholdigt brændsel i eksempelvis kulfyrede kraft-20 værker, er et vigtigt tilsætningsstof ved fremstilling af cement, beton og asfalt, og dermed en vigtig handelsvare for kraftværkerne, der ydermere kan undgå udgifter til deponering af flyveasken. Dette kræver imidlertid at flyveasken overholder visse maksimale grænseværdier for indhold af uforbrændt kulstof - restkulstof %. Derfor er det nødvendigt at kunne måle restkulstofindholdet i flyveasken, så det sikres at flyveasken 25 overholder de krævede grænseværdier.

Mængden af uforbrændt kulstof er desuden et udtryk for effektiviteten af forbrændingen. Denne er omvendt proportional med mængden af restkulstof i flyveasken. Det er ønskeligt at have det rette restkulstofsindhold, idet dette udtrykker optimal drift af 30 anlægget med hensyn til forbrændingskvalitet, udnyttelse af brændslet, anvendelighed af flyveasken og afgivelsen af forurenende elementer, kvælstofoxider indbefattet.

2 DK 176794 B1

Det har vist sig at indholdet af restkulstof i flyveasken er afhængig af forbrændings-kammerets konstruktion, kul kvalitet, hvor fint kullet males i kulmøllen, og raten for varmeafgivelsen. Derfor er det specielt ønskeligt at kunne foretage en løbende måling 5 af restkulstofindhold under drift, så det bliver muligt at justere parametrene for forbrændingen, så man hele tiden sikrer at restkulstofindholdet ligger indenfor acceptable grænseværdier.

Der findes flere tekniske løsninger til måling af restkulstofindhold. Den nærværende 10 opfindelse benytter teknikken - mikrobølgeresonansmåling.

Mængden af flyveaske i prøven varierer under indflydelse af forbrændingsparametrene og komprimeringsgraden af askeprøven, hvilket er en stor kilde til måleusikkerhed. Derfor har det hidtil været nødvendigt at bestemme vægten af prøven og kombinere 15 dette med resultatet af mikrobølgeresonansmålingen. Vejning af prøven er imidlertid forbundet med stor usikkerhed.

En anden metode er at skabe en prøve med en veldefineret komprimeringsgrad, for at reducere følsomheden overfor denne variationsparameter. Denne metode er kendt fra 20 DE 198 56 870 C 2, som beskriver et apparat og en metode til måling af restkulstofindhold i en flyveaskeprøve fra en røggas. Apparatet benytter et pneumatisk fødesy-stem, som er i kontinuerlig drift. Flyveasken ledes til et prøvevolumen i en målecelle, der via afspærringsanordninger trykmæssigt kan isoleres fra resten af fødesystemet, således at prøven ikke udsættes for ukontrollerede trykpulsationer fra det omgivende 25 system. Målecellen har en anordning til at komprimere prøven ved mekanisk vibration og mulighed for varmetilførsel, for dermed at skabe en veldefineret komprimeringsgrad.

Imidlertid viser det sig erfaringsmæssigt at vibrering ved håndtering og behandling af 30 granulære medier, fremkalder segregering i prøven, der således bliver inhomogen, og dermed vil en efterfølgende prøve ikke give værdier der er repræsentative for prøven som helhed.

3 DK 176794 B1

Opfindelsens formål

Det er opfindelsens formål at angive et apparat og en fremgangsmåde til bestemmelse af mængden af uforbrændt kulstof i askeholdig røggas fra forbrænding af kulstofhol-dig brændsel, nærmere betegnet restkulindhold i flyveaske, og samtidigt reducere us-5 ikkerhed på grund af vejning af prøven eller komprimering af prøven ved mekanisk vibration.

Beskrivelse af opfindelsen

Dette opnås ifølge den foreliggende opfindelse med en indretning til måling af uforbrændt kulstof i en udtaget prøve af askeholdig røggas fra forbrænding af kulstof-10 holdigt brændsel af den indledningsvis nævnte type, der er særpræget ved, at en trykluftstilslutning til prøvekammeret er tilvejebragt i en stilling mellem indløbsventilen og mikrobølgeresonanskammeret, hvilken trykluftstilslutning er forbundet med en trykluftskilde.

15 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er særpræget ved, at der inden komprimeringen, foretages en første mikrobølgeresonansmåling ved et første trykforhold og en første komprimeringsgrad, at mindst en yderligere mikrobølgeresonansmåling foretages ved et andet trykforhold og en anden komprimeringsgrad, at de målte værdier i kombination sammenholdes med en referencekurve for bestemmelse af restkulindholdet i prø-20 ven.

Trykluftstilslutningen mellem indløbsventilen og mikrobølgeresonanskammeret muliggør at trykket i prøvekammeret kan reguleres og kontrolleres under restkulmåling. Komprimeringsgraden er givet ved trykket, og det bliver muligt at opnå forskellig 25 komprimeringsgrad af prøven ved ændring af trykket i prøvekammeret. Praktiske forsøg har overraskende vist at det er muligt at bestemme restkulindhold i en flyveaskeprøve ved at gennemføre mindst to målinger ved forskelligt tryk på samme prøve, og kombinere de optagne måleværdier og sammenholde disse med en referencekurve, og samtidig helt eller delvist eliminere måleusikkerhed som følge af komprimeringsgrad.

30 De praktiske forsøg har endvidere vist at man, ved at bruge trykvariation på en kontrolleret måde, opnår en jævn og homogen prøve, således at prøvevoluminet opnår en jævnt fordelt repræsentativ karakter. Dette er en meget simpel og pålidelig målemeto 4 DK 176794 B1 de, der helt eliminerer de føromtalte måleusikkerheder, idet vejning eller komprimering af prøven ved mekanisk vibration ikke er en del af fremgangsmåden.

Indretningen og fremgangsmåden gør det muligt at udtage prøver med et passende 5 tidsinterval, således at det bliver muligt at bruge resultatet til justering af forbrændingen, hvis restkulindholdet overstiger en given grænseværdi.

Ifølge en yderligere udførelsesform er indretningen ifølge opfindelsen særpræget ved, at trykket fra trykluftskilden har to eller flere faste indstillinger. For at undgå fejl under 10 måling kan trykkilden vælges således at trykket er reguleret i faste trin. Typisk vælges trykkilden så trykket kan vælges i to trin. De to trin vil i dette tilfælde fortrinsvis være 0 og 1 bar.

Ifølge en yderligere udførelsesform er indretningen ifølge opfindelsen særpræget ved, 15 at trykket fra trykluftskilden er trinløst regulerbart. Det kan være fordelagtigt at vælge trykkilden, således at den kan levere et tryk der kan reguleres trinløst. Herved opnås det at indretningen kan justeres, så den kan tilpasses flere forskellige anlæg.

Ifølge en yderligere udførelsesform er indretningen ifølge opfindelsen særpræget ved, 20 at der ved trykluftstilslutningen er tilvejebragt en tryktransducer, et manometer eller anden indretning til trykmåling. Ofte vil trykkilden være et centralt placeret trykluftanlæg, hvortil indretningen tilsluttes på en, for forbrændingsanlægget, fælles trykluftsforsyning. I sådanne tilfælde vil det være fordelagtigt at en operatør kan aflæse og verificere trykket lokalt, så det sikres at trykforholdene i prøven er som forventet. Hvis 25 man bruger en tryktransducer bliver det muligt at tilslutte denne til et dataopsamlingssystem.

Ifølge en yderligere udførelsesform er indretningen ifølge opfindelsen særpræget ved, at mikrobølgegeneratoren er indrettet for at generere mikrobølger i frekvensområdet 30 fra 1 GHz til 300 GHz fortrinsvis med frekvenser fra 2,39 Ghz til 2,45 GHz, idet resonansfrekvenser for det udformede resonanskammer indeholdende prøver af den art og 1 det interval, der ønskes undersøgt, overvejende vil ligge i dette område. Derfor er det 5 DK 176794 B1 kun nødvendigt at fokusere på dette frekvensområde, når man ønsker at anvende indretningen til at måle restkulindhold i flyveaske.

Ifølge en yderligere udførelsesform er indretningen ifølge opfindelsen særpræget ved, 5 at en yderligere trykluftstilslutning til prøvekammeret er tilvejebragt mellem udløbsventilen og mikrobølgeresonanskammeret, hvilken trykluftstilslutning er forbundet med en trykluftskilde. Denne trykluftstilslutning muliggør tømning af prøvekammeret ved at indløbsventilen er i sin åbne stilling og udløbsventilen i sin lukkede stilling, samtidig med at trykluftskilden tilsluttes. Askeprøven ledes tilbage gennem aske-10 udtagningsarrangementet.

Ifølge en yderligere udførelsesform er indretningen ifølge opfindelsen særpræget ved, at en beholder til udtagning af en referenceprøve er tilvejebragt efter udløbsventilen.

Det er fordelagtigt at give mulighed for at askeprøven kan udtages for yderligere ana-15 lyse. En sådan analyse af askeprøven kan bruges til at kalibrere indretningen. Referenceprøven udtages ved at indløbsventilen er i sin lukkede stilling og udløbsventilen er i sin åbne stilling, samtidig med at trykluftskilden tilsluttes mellem indløbsventilen og mikrobølgeresonanskammeret. Herved vil askeprøven ledes ud i beholderen.

20 Ifølge en yderligere udførelsesform er fremgangsmåden ifølge opfindelsen særpræget ved, at mikrobølgerne genereres i frekvensområdet fra 1 GHz til 300 GHz fortrinsvis med frekvenser fra 2,39 Ghz til 2,45 GHz under en måling. Resonansfrekvensen for kulstof findes fortrinsvist i frekvensområdet fra 2,39 Ghz til 2,45 GHz. Derfor er det kun nødvendigt at fokusere på dette frekvensområde, når man ønsker at anvende 25 fremgangsmåden til at måle restkulindhold i flyveaske. Herved opnås et mindre tidsforbrug for gennemførsel af en mikrobølgeresonansmåling.

Ifølge en yderligere udførelsesform er fremgangsmåden ifølge opfindelsen særpræget ved, at den første mikrobølgeresonansmåling foretages ved et atmosfærisk tryk, og at 30 den anden mikrobølgeresonansmåling foretages ved et tryk på 1 bar. Praktiske forsøg har vist, at man, ved at foretage den første måling ved atmosfærisk tryk uden at åbne for den eksterne trykkilde, og ved at foretage den anden måling ved en indstilling for 6 DK 176794 B1 trykkilden på 1 bar, opnår at mikrobølgeresonansmålingen er pålidelig og samtidig økonomisk at gennemføre.

Tegningsbeskrivelse 5 Opfindelsen vil herefter blive forklaret nærmere under henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser et skematisk billede af indretningen.

10 Detaljeret beskrivelse af opfindelsen

Figur 1 viser et skematisk billede af indretningen 22, samt hvorledes den kan indgå i et røggassystem. Fra en kanal 16, der er afgrænset af en kanalvæg 18, føres askeholdig røggas 17, fra forbrænding af kulstofholdigt brændsel i eksempelvis kraftværkskedler eller andre energiproducerende anlæg, gennem udsugningsrøret 1. Strømmen ledes til 15 et askeudtagningsarrangement 19, som består af en udskiller 2 - i det viste eksempel en cyklon - hvori aske separeres fra gas, og en tragt 3, hvorigennem den udskilte aske ledes via en indløbsventil 4 til et prøvekammer 8, der strækker sig igennem et mikro-bølgeresonanskammer 7. Gassen ledes tilbage til kanalen 16 via røret 14.

20 Prøvekammeret 8 er modsat indløbsenden forsynet med en udløbsventil 12, der i sin åbne stilling tillader asken at få adgang til en beholder 13, og i sin lukkede stilling afspærrer prøvekammeret 8. Når udløbsventilen 12 er lukket vil materialestanden i prøvekammeret 8 stige. En niveaudetektor 6 er placeret i en stilling mellem mikrobøl-geresonanskammeret 7 og indløbsventilen 4.1 det øjeblik, fyldningen når det ønskede 25 niveau, lukkes indløbsventilen 4, så prøvekammeret 8 afspærres, og der gennemføres en første målesekvens.

Målesekvensen indledes ved at en mikrobølgegenerator 15 udsender mikrobølger ved hjælp af en antenne 10, som er placeret i mikrobølgeresonanskammeret 7. En anden 30 antenne 9, som ligeledes er placeret i mikrobølgeresonanskammeret 7, er forbundet med en mikrobølgemodtager 20. Ved databehandling af de sendte henholdsvis mod- 7 DK 176794 B1 tagne mikrobølger kan egenfrekvens og dæmpning af den i prøvekammeret 8 værende prøve bestemmes.

Efter at den første målesekvens er gennemført tilføres trykluft fra en trykluftskilde 21 5 gennem en trykluftstilslutning 5, hvorved komprimeringsgraden af prøven øges, givet af det tilførte tryk. I en særlig udførelsesform af opfindelsen kan trykket ved trykluftstilslutningen 5 aflæses på et manometer (ikke vist) eller en tryktransducer 23. En anden målesekvens gennemføres, som beskrevet ovenfor, og egenfrekvens og dæmpning af den samme prøve, men med anden komprimeringsgrad bestemmes. Herefter kan 10 restkulindholdet i prøven bestemmes ved at de målte værdier i kombination sammenholdes med en referencekurve.

Hvis ønsket kan målesekvensen gentages som ovenfor beskrevet ved stigende komprimeringsgrad.

15 Når målesekvensen afsluttes kan prøven i prøvekammeret 8 returneres til kanalen 16 ved åbning af indløbsventilen 4, hvorefter der gennemskylles med trykluft ved tilslutning af trykluftskilden 21 gennem trykluftstilslutningen 11.

20 Såfremt den i prøvekammeret 8 opsamlede askemængde ønskes ført til beholderen 13, åbnes udløbs ventilen 12 og der gennemskylles med trykluft ved tilslutning af trykluftskilden gennem trykluftstilslutningen 5. Herefter lukkes udløbsventilen 12, indløbsventilen 4 åbnes, og der skylles med trykluft gennem trykluftstilslutningen 11, 25 Herefter begynder en ny opsamlingscyklus.

Claims (10)

1. Indretning (22) til måling af uforbrændt kulstof i en udtaget prøve af askeholdig røggas fra forbrænding af kulstofholdigt brændsel, hvilken indretning (22) er udformet med et askeudtagningsarrangement (19), samt et dertil forbundet prøvekammer (8), 5 som strækker sig gennem et mikrobølgeresonanskammer (7), der er forbundet med en mikrobølgegenerator (15) og en mikrobølgemodtager (20), hvilket prøvekammer (8) er tilvejebragt med ventiler (4,12) ved indløb og udløb, og en niveaumåler (6), kendetegnet ved, at en trykluftstilslutning (5) til prøvekammeret (8) er tilvejebragt i en stilling mellem indløbsventilen (4) og mikrobølgeresonanskammeret (7), hvilken tryk-10 luftstilslutning (5) er forbundet med en trykluftskilde (21).

2. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at trykket fra trykluftskilden (21) har to eller flere faste indstillinger.

3. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at trykket fra trykluftskilden (21) er trin løst regulerbart.

4. Indretning ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der ved trykluftstilslutningen (5) er tilvejebragt en tryktransducer (23), et manometer 20 eller anden indretning til trykmåling.

5. Indretning ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at mikrobølgegeneratoren (15) er indrettet for at generere mikrobølger i frekvensområdet fra 1 GHz til 300 GHz fortrinsvis med frekvenser fra 2,39 Ghz til 2,45 GHz. 25

6. Indretning ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at en yderligere trykluftstilslutning (11) til prøvekammeret (8) er tilvejebragt mellem udløbsventilen (12) og mikrobølgeresonanskammeret (7), hvilken trykluftstilslutning (11) er forbundet med en trykluftskilde (21). 30 9 DK 176794 B1

7. Indretning ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at en beholder (13) til udtagning af en referenceprøve er tilvejebragt efter udløbsventilen (12).

8. Fremgangsmåde til måling af uforbrændt kulstof ved en udtagning af en prøve af askeholdig røggas fra forbrænding af kulstofholdigt brændsel, hvor prøven indføres i et prøvekammer (8), der strækker sig gennem et mikrobølgeresonanskammer (7), og som fyldes til et niveau ovenfor mikrobølgeresonanskammeret (7), hvor prøven kom-primeres, hvor mikrobølgeresonansmåling udføres på prøven, og hvor måling sam-10 menholdes med en referencekurve for bestemmelse af kulstofindholdet i prøven, kendetegnet ved, at der inden komprimeringen, foretages en første mikrobølgeresonansmåling ved et første trykforhold og en første komprimeringsgrad, at mindst en yderligere mikrobølgeresonansmåling foretages ved et andet trykforhold og en anden komprimeringsgrad, at de målte værdier i kombination sammenholdes med en reference-15 kurve for bestemmelse af restkul indholdet i prøven.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, at mikrobølgerne genereres i frekvensområdet fra 1 GHz til 300 GHz fortrinsvis med frekvenser fra 2,39 Ghz til 2,45 GHz under en måling, 20

10. Fremgangsmåde ifølge krav 8-9, kendetegnet ved, at den første mikrobølgeresonansmåling foretages ved et atmosfærisk tryk, og at den anden mikrobølgeresonansmåling foretages ved et tryk på 1 bar.