CS244230B1

CS244230B1 - A method for detecting leaks in glass melting furnace heat exchange devices and for engaging the method

Info

Publication number: CS244230B1
Application number: CS849462A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Snopek; Boleslav Vesely; Zdenek Provazek; Karel Struna
Original assignee: Stanislav Snopek; Boleslav Vesely; Zdenek Provazek; Karel Struna
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS946284A1

Abstract

Způsob zjištění netěsností teplosměnných zařízení spočívá v tom, že spaliny ze vstupu jsou vedeny na jednu elektrodu iontově vodivého kyslíkového čidla, spaliny z výstupu na druhou elektrodu tohoto čidla a měří se elektromotorické napětí vzniklé mezi oběma těmito elektrodami, které je úměrné poměru obsahu kyslíku ve vstupních a výstupních spalinách. Způsob je proveditelný podle zapojení, jehož princip spočívá v tom, že iontově vodivé kyslíkové čiol· (5) zahrnuje měřicí trubici (16), opatřenou na vnějším a vnitřním povrchu platinovými elektrodami (19) připojenými na měřicí a vyhodnocovací člen (15). Vnější povrch měřioí trubice (,6) je napojen na výstup (4) spalin, vnitřní povrch měřicí trubice (16) je připojen vyhřívanou trubicí (6) na odběrovou sondu (3) umístěnou ve vstupu (2) spalin. Mezi iontově vodivé kyslíkové čidlo (5) a odběrovou sMdu (3) je možno připojit čerpadlo (8). Konstantní podmínky měření zajišíuje ovládací člen (9).The method of detecting leaks in the heat exchanger is that the flue gas from the inlet is fed to one electrode of the ion conductive oxygen sensor, the flue gas from the outlet to the other electrode of the sensor, and the electromotive voltage generated between the two electrodes is measured, which is proportional to the oxygen content of the input. and exhaust flue gas. The method is operable by wiring, the principle being that the ion-conducting oxygen bar (5) comprises a measuring tube (16) provided on the outer and inner surfaces with platinum electrodes (19) connected to the measuring and evaluation member (15). The outer surface of the measuring tube (6) is connected to the flue gas outlet (4), the inner surface of the measuring tube (16) is connected by a heated tube (6) to a sampling probe (3) located in the flue gas inlet (2). A pump (8) can be connected between the ion-conducting oxygen sensor (5) and the sampling sensor (3). The constant measurement conditions are provided by the actuator (9).

Description

Vynález se týká způsobu zjištování netěsností teplosměnných zařízení skářských tavících pecí porovnáváním obsahu kyslíku ve spalinách na vstupu a výstupu a zapojení k provádění způsobu.The present invention relates to a method for detecting leaks in heat-melting furnaces of glass melting furnaces by comparing the oxygen content of the flue gas at the inlet and outlet and the wiring for carrying out the method.

Tepla odpadových plynů, tj. spalin se využívá pro předehřátí vzduchu vstupujícího do pece ke spalování. Jako teplosměnného zařízení k tomuto úěelu se ve sklářství běžně využívá různých typů regenerátorů nebo rekuperátorů, a v poslední době i spalinového kotle· Použiti těchto zařízení dovoluje využití množství tepla ze spalin asi od 45 až do 80 %. Funkce regenerátorů nebo rekuperátorů se vlivem zatíženi v prgvozu během času zhoršuje zborcením zdivá a netěsnostmi.The heat of the waste gases, i.e. the flue gases, is used to preheat the air entering the furnace for combustion. Various types of regenerators or recuperators are commonly used in the glass industry as a heat exchanger for this purpose, and more recently also a flue gas boiler. The use of these devices allows the use of heat from flue gases from about 45 to 80%. The function of regenerators or recuperators deteriorates over time due to the load in the conveyor, due to warping of masonry and leaks.

Způsobů určení netěsností, a tím i množství přisévaného vzduchu z okolí, je poměrně málo.There are relatively few methods for determining leaks and hence the amount of air supplied to the environment.

Nejstarší, orientační a nepřímý způsob je používání zapáleného papíru přiloženého k místu předpokládaného přisávání. Když je plamen do místa netěsnosti vtahován, regenerátor nebo rekuperátor přisává vzduch z okolí.The oldest, indicative, and indirect way is to use lighted paper attached to the site of anticipated suction. When the flame is drawn into the leak, the regenerator or recuperator draws air from the surroundings.

Jednoduchá, analytická ale málo přesná metoda využívá Orsatova přístroje. Obsluha odebere vzorek spalin na vstupu teplosměnného zařízení, u kterého provede analýzu na obsah kyslíku.A simple, analytical but low-precision method uses Orsat's instruments. The operator takes a sample of the flue gas at the inlet of the heat exchanger and analyzes it for oxygen content.

Totéž provede se vzorkem spalin z výstupu. Poměr obsahu kyslíku na vstupu a výstupu určuje stupeň přisávání falešného vzduchu. Postup je zdlouhavý a časově náročný i pro školenou obsluhu. Mimo to nelze určit malé rozdíly v koncentracích kysíku a tento způsob nelze automatizovat.The same is done with the flue gas sample from the outlet. The ratio of oxygen content at the inlet to the outlet determines the degree of suction of the false air. The procedure is time-consuming and time-consuming even for trained operators. Furthermore, small differences in oxygen concentrations cannot be determined and this process cannot be automated.

Přesněji lze zjistit množství přisévaného vzduchu samočinnými kyslíkovými analyzátory, pracujícími na některém z fyzikálně-chemických principů, např. na termomagnetlckém nebo elektrochemickém principu.More precisely, the amount of air sucked in can be determined by self-analyzing oxygen analyzers operating on one of the physico-chemical principles, for example the thermomagnetic or electrochemical principle.

Přístroje založené na termeaagnetickém principu nejseu pro teato účel příliš vhodné/ nebol jsou velmi citlivé a při tepelné· zatížení ve sklářském provozu jsou často poruchové, la elektrochemickém principu je založeno např. kyslíkové detekční zařízení popsané v patentu USA č. 3597345, dalěí zdokonalení uvádí nepř. patent USA č. 3869370.Apparatus based on the thermo-magnetic principle is not very suitable for this purpose / it is very sensitive and it is often faulted in the heat load in glass operation, and the electrochemical principle is based eg on the oxygen detection device described in US patent No. 3597345. . U.S. Patent No. 3,869,370.

Nevýhodou použití těchto přístrojů pro určení množství přisévaného vzduchu Je současné potřeba dvou poměrně nákladných a nepřenosných přístrojů. Nebe je třeba kemplikevjuýn způsobem přepínat plynovou cestu do analyzátoru. Ze získaných údajů na obou přístrojích se vypočítá vzájemný poměr koncentrací kyslíku; informace se získává s časovým zpožděním.The disadvantage of using these devices to determine the amount of air intake There is a simultaneous need for two relatively expensive and non-portable devices. In the sky, it is necessary to switch the gas path to the analyzer in a way. The oxygen concentration ratio is calculated from the data obtained on both instruments; the information is obtained with a time delay.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí způsobem zjištování netěsností teplosněnných zařízeni sklářských pecí podle vynálzu, jehož podstata spočívá v tom, že spaliny se vstupu teplpsměnného zařízení jsou vedeny na jednu elektrodu iontově vodivého kyslíkového čidla a spaliny z výstupu teplosměnného zařízení na druhou elektrodu iontově vodivého čidla.These disadvantages are eliminated or substantially reduced by the method of detecting leaks of heat-transfer furnaces of the glass furnace according to the invention, which is characterized in that the flue gas from the heat exchanger inlet is fed to one electrode of the ion-conducting oxygen sensor and flue gas from the heat exchanger outlet to the other electrode .

Měří se elektromotorické napětí vzniklé mezi oběma těmito elektrodami, které je úměrné poměru obsahu kyslíkových iontů ve spalinách na vstupu a výstupu. Způsob je proveditelný zapojením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, ie iontově vodivé kyslíkové čidlo zahrnuje měřicí trubici obklopenou topným prostředkem a opatřenou na vnějěím i vnitřním povrchu elektrodami z pórovité platiny, elektricky připojenými na měřicí a vyhodnocovací člen.The electromotive voltage generated between the two electrodes is measured, which is proportional to the ratio of oxygen ions content in the flue gas at the inlet and outlet. The method is feasible according to the invention, wherein the ion-conducting oxygen sensor comprises a measuring tube surrounded by a heating means and provided on both the external and internal surfaces with porous platinum electrodes electrically connected to the measuring and evaluating member.

Vnějěl povrch měřicí trubice iontově vodivého kyslíkového čidla je napojen na výstup spalin teplosměnného zařízení a vnitřní povrch měřicí trubice je připojen vyhřívanou trubicí na odběrovou sondu, která js umístěna ve vstupu spalin teplosměnného zařízení.The outer surface of the measuring tube of the ion-conducting oxygen sensor is connected to the flue gas outlet of the heat exchanger and the inner surface of the measuring tube is connected by a heated tube to a sampling probe which is located in the flue gas inlet of the heat exchanger.

Na ovládací člen je připojen jednak topný prostředek s termočlánkem, a dále ohřev vyhřívané trubice. S výhodou je možno využit zapojení čerpadla mezi iontově vodivým kyslíkovým čidlem a odběrovou sondou, přičemž čerpadlo je připojeno na ovládací člen.A heating element with a thermocouple is connected to the actuator and heating of the heated tube. Preferably, a pump connection between the ion-conducting oxygen sensor and the sampling probe can be used, the pump being connected to the actuator.

Způsobem a zapojením podle vynálezu se stanoví poměr obsahu kyslíku na vstupu a výstupu spalin přímo, přesně, snadno a rychle. Tento postup dovoluje identifikovat i méně zjevné netěsnosti zdivá, při různých tlakových režimech a umožňuje tak vhodný zásah.By the method and the connection according to the invention, the ratio of oxygen content at the inlet and outlet of the flue gas is determined directly, accurately, easily and quickly. This procedure makes it possible to identify even less obvious masonry leaks under different pressure regimes, thus allowing for appropriate intervention.

Tím se zamezí ochlazování vnitřních prostor teplosměnného zařízení a zajistí se jel® optimální teplosměnná funkce. Výsledkem je lepěí využití paliva.This prevents the interior of the heat exchanger from cooling and ensures optimal heat exchange function. The result is better fuel efficiency.

Příkladné provedení vynálezu je popsáno déle a je schematicky znázorněno na připojených výkresech, z nichž představuje obr. 1 bloková schéma zapojení, obr. 2 detail zapojeni iontově vodivého kyslíkového čidla a obr. 3 vyhodnocovací graf.An exemplary embodiment of the invention is described later and is schematically shown in the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 shows a detail of the ion-conducting oxygen sensor wiring, and FIG. 3 an evaluation graph.

Teplosměnná zařízení 2, např. regenerátor (obr. 1) má na vstupu 2 spalin umístěnou keramickou odběrovou sondu 2 a na výstupu 2 spalin iontově vodivé kyslíkové čidlo 2· Odběrová sonda 2 je spojena s iontově vodivým kyslíkovým čidlem 2 vyhřívanou trubicí 6, opatřenou ohřevem 2. po celé délce. Vyhřívaná trubice 2 může být opatřena čerpadlem 8 spalin.Heat exchange equipment 2, eg a regenerator (Fig. 1) has a ceramic sampling probe 2 located at the flue gas inlet 2 and an ion-conducting oxygen sensor 2 at the flue gas outlet 2 · The sampling probe 2 is connected to the ion-conductive oxygen sensor 2 by a heated tube 6 2. Full length. The heated tube 2 may be provided with a flue gas pump 8.

K ovládacímu členu 2 zajiělujícímu konstantní podmínky měření je elektricky připojen ohřev 2 vyhřívané trubice 6 vyhřívacím vedením 22» plynové čerpadlo 8 ovládacím vedením 22 a iontově vodivé kyslíkové čidlo 2 topným vedením 12 a regulačním vedením 22· DalSí vývod iontově vodivého kyslíkového čidla 2 je napojen signálním vedením 14 k měřicímu členu 15.The heater 2 of the heated tube 6 is electrically connected to the control member 2 for constant measurement conditions by heating line 22 »gas pump 8 by control line 22 and ion-conducting oxygen sensor 2 by heating line 12 and regulating line 22. via a guide 14 to the measuring member 15.

Na obr. 2 je v detailu znázorněno iontově vodivé kyslíkové čidlo 2> sestávající z měřicí trubice 16 z iontově vodivého materiálu na bázi zirkoničité keramiky ZrOg . CaO, obklopené topným prostředkem 1J s regulačním termočlánkem 18. Měřicí trubice 2Í je opatřena na svém vnitřním a vnějSím povrchu elektrodami 19 z povlaku pórovité platiny.FIG. 2 shows in detail the ion-conducting oxygen sensor 2, consisting of a measuring tube 16 of an ion-conducting material based on zirconium ceramics ZrOg. The measuring tube 21 is provided with porous platinum-coated electrodes 19 on its inner and outer surfaces.

Zapojení funguje následovněThe wiring works as follows

Keramická odběrová sonda 2 přivádí.vyhřívanou trubicí 6, event. s pomocí plynového čerpadla g vzorek spalin ze vstupu 2 teplosměnného zařízení 2 ne vnitřní povrch měřicí trubice 16 iontově vodivého kyslíkového čidla 2· Současně vnějěí strana měřicí trubice 16 je obtékána spalinami z výstupu 2 a teplosměnného zařízení 2·The ceramic sampling probe 2 is fed through a heated tube 6 or 6, respectively. with the help of a gas pump g a sample of the flue gas from the inlet 2 of the heat exchanger 2 is not the inner surface of the measuring tube 16 of the ion-conducting oxygen sensor 2

Vyhřívaná trubice 6 je ohřívána ohřevem 2, řízeným z ovládacího členu 2 nad teplotu rosného bodu spalin, tj. asi 60 °C, aby nedoělo ke kondenzaci vodních par ve vzorku spalin ze vstupu 2 teplosměnného zařízení 2·The heated tube 6 is heated by heating 2 controlled from the actuator 2 above the flue gas dew point, i.e. about 60 ° C, to prevent condensation of water vapor in the flue gas sample from the inlet 2 of the heat exchanger 2.

Iontově vodivé kyslíkové čidlo 2 je vyhříváno topným prostředkem 17 s možností regulace pomocí termočlánku 18 na konstantní teplotu 800 °C, při které jsou molekuly kyslíku ve spalinách ionizovány. Výsledkem je, že ionty kyslíku procházejí zirkoničitou keramikou, a tím se na platinových elektrodách 19 na vnějSím a vnitřním povrchu měřicí trubice 16 vytváří měřitelné elektromotorické napětí, které je snímáno měřicím a vyhodnocovacím členem 15.The ion-conducting oxygen sensor 2 is heated by a thermocouple 18 with heating means 17 to a constant temperature of 800 ° C at which the oxygen molecules in the flue gas are ionized. As a result, the oxygen ions pass through the zirconium ceramics, thereby generating a measurable electromotive force on the platinum electrodes 19 on the outer and inner surfaces of the measuring tube 16, which is sensed by the measuring and evaluating member 15.

V případě, že spaliny na vstupu 2 a výstupu 2 budou mít shodný obsah kyslíku, potom mezi elektrodami 19 nevznikne elektromotorické napětí a měřicí a vyhodnocovací člen 15 nebude ukazovat výchylku.If the flue gas at the inlet 2 and the outlet 2 have the same oxygen content, then there will be no electromotive voltage between the electrodes 19 and the measuring and evaluating member 15 will not show a deflection.

Při rozdílné objemové koncentraci kyslíku mezi spalinami na vstupu 2 a výstupu 2 vzniklé elektromotorické napětí je snímáno měřicím vyhodnocovacím členem 15. který může být představován číslicovým přístrojem, nebo analogovým s automatickým průběžným sledováním hodnot.In the case of different volumetric oxygen concentrations between the flue gas at the inlet 2 and the outlet 2, the electromotive voltage generated is sensed by a measuring evaluation element 15, which can be represented by a digital instrument or analogue with automatic continuous monitoring of values.

Princip spočívá ve zjiětování podílu výstupní a vstupní objemové koncentrace kyslíku, tedy relativní hodnotě, která odpovídá míře netěsnosti teplosměnného zařízení J..The principle is to determine the proportion of the output and input volumetric concentration of oxygen, ie a relative value that corresponds to the leakage rate of the heat exchanger device.

Při způsobu podle vynálezu iontově vodivá kyslíková čidlo 2 tedy pracuje tak, že na obě platinové elektrody 19 čidla 2 jsou napojeny dva vzorky spalin neznámého obsahu kyslíku, zatímco u analyzátoru kyslíku pracuje čidlo srovnáváním vzorku neznámého obsahu kyslíku s prostředím o určitém známém obsahu ksylíku, např. se vzduchem obsahujícím 20,9 objemových procent kyslíku.Thus, in the method of the present invention, the ion-conducting oxygen sensor 2 operates by attaching two samples of flue gas of unknown oxygen content to the two platinum electrodes 19 of sensor 2, while in an oxygen analyzer the sensor operates by comparing the sample of unknown oxygen content with with air containing 20.9% oxygen by volume.

Příklad vyhodnocení je dále blíže vysvětlen na vyhodnocovacím grafu (obr. č. 3), kde na jedné svislé ose je znázorněno elektromotorické napětí EMN v mV, kterému odpovídá v logaritmickém vztahu podíl P objemových koncentrací kyslíku výstupu 4 a vstupu 2 spalin, znázorněný na druhé svislé ose.An example of the evaluation is further explained in the evaluation graph (Fig. 3), where one vertical axis shows the electromotive voltage EMN in mV, which corresponds in logarithmic relation P of the volumetric concentrations of oxygen of output 4 and input 2 of flue gas, shown on the second vertical axis.

Na vodorovné ose je znázorněna ^cvý_gt_UD> tj. objemová koncentrace kyslíku ve výstupu 4 spalin a jednotlivé křivky představuji c~_a^_D, tj. objemovou koncentraci kyslíku ve vstupu 2 spalin, a to při obsahu 1 %, 2,5 % a 5 %.The horizontal axis shows ^C above T _g _UD> i.e. the volume concentration of oxygen in the exhaust gas outlet 4, and each curve represents the c ~ _and ^ _D, i.e. the volume concentration of oxygen in the exhaust gas inlet 2, at a content of 1%, 2.5 % and 5%.

Rozmezí objemových koncentrací je voleno tak, jak přichází v úvahu u teplosměnných zařízení 1 ve sklářském provozu. Např., je-li skutečná objemová koncentrace kyslíku na vstup 2 spalin 1 %, na výstupu 3 %, zvětší se obsah kyslíku ve spalinách vlivem přisávání 3krát, a tomuto poměru £ odpovídá EMN 25 mV.The volume concentration range is selected as appropriate for the heat exchanger 1 in the glass operation. For example, if the actual volumetric oxygen concentration at the flue gas inlet 2 is 1%, at the 3% outlet, the oxygen content of the flue gas is increased by a factor of 3 by suction and this corresponds to an EMN of 25 mV.

Stejné EMN bude iontově vodivé kyslíkové čidlo 2 vykazovat i pro objemovou koncentraci kyslíku na vstupu £ 2,5 %, a na výstupu 4 7,5 %. Z čehož vyplývá, že pro stejnou míru netěsnosti komory regenerátoru i při různých objemových koncentracích kyslíku na vstupu £ spalin bude výstupní signál měřicího a vyhodnocovacího členu 15 stejný.The same EMN will have an ion-conducting oxygen sensor 2 for an oxygen concentration at the inlet of £ 2.5%, and at the outlet 4 of 7.5%. Accordingly, for the same leakage rate of the regenerator chamber even at different oxygen concentrations at the flue gas inlet 6, the output signal of the measuring and evaluation element 15 will be the same.

Claims

A method for detecting leaks in heat-melting furnaces of glass melting furnaces by comparing the oxygen content of the flue gas at the inlet and outlet, characterized in that the flue gas from the inlet is fed to one electrode of the ion conductive oxygen sensor and flue gas from the outlet to the other electrode of the ion conductive oxygen sensor. the electromotive voltage generated between the two electrodes is proportional to the ratio of oxygen ions content in the flue gas at the inlet and outlet.

2. A wiring for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the ion-conducting oxygen sensor (5) comprises a measuring tube (16) surrounded by a heating means (17) and provided with porous platinum electrodes (19) electrically connected to the outer and inner surfaces. the measuring and evaluating member (15) is connected by an outer surface of the measuring tube (16) to the flue gas outlet (4) of the heat exchanger (1), the inner surface of the measuring tube (16) is connected by a heated tube (6) to the sampling probe (3) located in the flue gas inlet (2) of the heat exchanger (1) and the heating means (17) with the thermocouple (18) and the heating (7) of the heated tube (6) are connected to the actuator (9).

Connection according to claim 2, characterized in that a pump (8) connected to the actuator (9) is connected between the ion-conducting oxygen sensor (5) and the sampling probe (3).