CZ2019399A3 - Analyzační linka zplodin hoření - Google Patents

Analyzační linka zplodin hoření Download PDF

Info

Publication number
CZ2019399A3
CZ2019399A3 CZ2019399A CZ2019399A CZ2019399A3 CZ 2019399 A3 CZ2019399 A3 CZ 2019399A3 CZ 2019399 A CZ2019399 A CZ 2019399A CZ 2019399 A CZ2019399 A CZ 2019399A CZ 2019399 A3 CZ2019399 A3 CZ 2019399A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
combustion
flue gas
heating
analysis
connecting element
Prior art date
Application number
CZ2019399A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ308619B6 (cs
Inventor
Hana Věžníková
Věžníková Hana Ing., Ph.D.
Karla Barčová
Barčová Karla doc. RNDr., Ph.D.
Michal Lesňák
Michal doc. Dr. Ing. Lesňák
Original Assignee
Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava filed Critical Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority to CZ2019399A priority Critical patent/CZ2019399A3/cs
Publication of CZ308619B6 publication Critical patent/CZ308619B6/cs
Publication of CZ2019399A3 publication Critical patent/CZ2019399A3/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G01N33/0032General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array using two or more different physical functioning modes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22Fuels; Explosives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

Analyzační linka zplodin hoření, jejíž součástí je zařízení (1) pro záhřev a spalování hodnocených materiálů, analyzátor (5) spalin, spektrometr (4) a vyhřívaný filtr (3) je sestavou, umožňující analýzu složité směsi plynů, včetně látek, které jsou za normálních teplot kapalné, ale při zvýšených teplotách jsou v plynném stavu. Toho je dosaženo speciálním způsobem úpravy vzorků před jejich analýzou na lince, což zahrnuje aplikaci ochrany proti kondenzaci měřených látek a pro zachování jejich složení na propojovací prvky (2) a spoje vedoucí celou linkou. Tím je dosaženo zvýšení počtu analyzovaných látek.

Description

Analyzační linka zplodin hoření
Oblast techniky
Vynález spadá do oblasti bezpečnosti zejména do oblasti bezpečnosti průmyslových operací spojených se záhřevem materiálu, bezpečnosti zásahových jednotek při požárech a také do oblasti ochrany životního prostředí.
Jedná se o sestavu, umožňující analýzu složité směsi plynů, včetně látek, které jsou za normálních teplot kapalné, ale při zvýšených teplotách jsou v plynném stavu. Toho je dosaženo speciálním způsobem úpravy vzorků před zavedením do analyzátoru. Tím je dosaženo zvýšení počtu analyzovaných látek.
Dosavadní stav techniky
Pro analýzu plynných zplodin zahřívání nebo hoření materiálů, jsou používány různé typy zařízení, která se v podstatě vždy skládají ze dvou částí. Základní částí je analyzátor, jehož výběr se liší podle účelu zařízení. Velmi často je využíván plynový chromatograf s hmotnostním spektrometrem (GC-MS), který je preferován zejména pro široké spektrum látek, které je možno pomocí něj stanovit i v nízkých koncentracích a ve složitých směsích. V současnosti je trendem užívat Ramanův spektrometr, zejména v přenosné podobě, který je vybaven softwarem pro identifikaci látek, což velmi usnadňuje jeho používání.
Dalším používaným analyzátorem je FTIR (Fourier transform infrared) spektrometr, který je uznáván jako velmi vhodný detektor pro analýzu spalin, například v kouřovodech nebo při analýze zplodin spalovacích motorů.
Další částí zařízení je sonda pro odběr plynných vzorků, pokud se jedná o analýzu plynů přímo v podmínkách průmyslových zařízení, pracovního prostředí nebo požárů. Jestliže je zařízení určeno pro realizaci normovaných zkušebních metod pro určení toxicity rozkladných produktů, je místo sondy používáno speciální zařízení pro produkci plynných zplodin. Jako příklad je možno uvést trubkovou pec, která je používána v souladu s normou DIN 53436, především pro hodnocení toxicity spalin v raných stádiích požáru pro potřeby jednotek HZS. Kvalita analýzy závisí stejnou měrou na kvalitě analyzátoru jako na kvalitě odběru vzorku.
Při analýze zplodin záhřevu a hoření pomocí FTIR spektrometrů jsou používány vyhřívané kyvety s předřazeným vyhřívaným filtrem a vyhřívanou částí odběrové linky (viz ISO 19702). Tímto procesem jsou z hodnocené směsi odfiltrovány pevné části a je zabráněno kondenzaci par některých látek. Teplota vyhřívaných částí je udržována nad 100 °C.
Při přechodu z vyhřívaných do nevyhřívaných částí aparatury (spojovací trubice mezi jednotlivými přístroji, čerpadlo) dochází ke kondenzaci některých látek, především vody, ale i dalších agresivních látek (kyselinamravenčí nebo octová atd.). Kondenzované kapaliny zanášejí spojovací trubice, hromadí se na některých místech a brání plynulému průchodu plynů a působí korozivně. Tím se snižuje kvalita analýzy, protože nejsou dodrženy stabilní podmínky, zejména při dlouhodobém (vícehodinovém) měření.
Při používání IC (infračerveného) spektrometru jako jediného analyzátoru není možné analyzovat některé složky plynné směsi, například kyslík. Další problém je spojen s koncentrací složek ve směsi. Některé složky mohou překročit měřicí rozsah spektrometru, jestliže je zároveň cílem analýzy i stanovení složek o nízkých koncentracích. Při volbě vyššího rozsahu spektrometru jsou sice zachyceny vyšší koncentrace některých složek (např. oxidy uhlíku), ale nejsou detekovány složky o nízké koncentraci, takže analýza není komplexní a nepostihuje všechny plynné složky.
- 1 CZ 2019 - 399 A3
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je vytvoření takové sestavy linky, aby bylo možné provést analýzu směsi plynů vznikajících při záhřevu a spalování s vysokou přesností v řádu ppm pro vysoké i nízké koncentrace současně v jednom kroku, a to při zachování jejich původního složení bez vzniku nežádoucí kondenzace spalin.
Cíle je dosaženo spojením dvou typů analyzátorů, které pracují na odlišných principech detekce. První z nich detekuje některé vybrané látky, zejména kyslík a oxid uhlíku, dusíku a síry, v rozsahu koncentrací od ppm do desítek procent.
Druhý detektor, FTIR spektrometr, umožňuje identifikaci řady látek, organických i anorganických. Při užití kyvety o optické délce 10 m, jsou látky stanovovány v rozsahu od ppb do stovek ppm. Meze stanovení koncentrace jsou pro každou látku jiné, s ohledem na odlišnou intenzitu odezvy detektoru na danou látku a také s ohledem na použitou kalibraci. Během analýzy není možné užívanou kyvetu vyměnit za kyvetu s jiným rozsahem a zároveň by tato „nová“ kyveta nebyla schopná identifikace látek v nízkých koncentracích.
Kromě toho jsou pomocí specifického uspořádání propojovacích prvků, jak uvnitř aparatury pro tvorbu zplodin záhřevu a hoření, tak propojovacích prvků mezi jednotlivými částmi zařízení vytvořeny podmínky, které umožňují analýzu většího počtu látek.
Navržená aparatura, analyzační linka zplodin hoření, je složena ze zařízení pro záhřev a spalování hodnocených materiálů za řízených podmínek a z analyzační části. Spaliny vytvořené ve spalovací komoře zařízení pro záhřev a spalování materiálu za řízených podmínek, jsou vedeny vnitřní kovovou trubicí k výstupu, kde se napojuje analyzační část. Vnitřní kovová trubice je opatřena vyhřívaným pláštěm, aby zde nedocházelo ke kondenzaci měřených látek.
Propojovací prvky představují například trubice například z kovu nebo hadice apod. Vnitřní kovová trubice s vyhřívaným pláštěm je na výstupu ze zařízení spojena s analyzační částí. I tento spoj je vyhřívaný. Před analyzátory je vyhřívaný filtr pro odloučení pevných částic ve spalinách, pak následuje spojka pro připojení spektrometru a analyzátoru spalin. Po analýze jsou spaliny vedeny přes čerpadlo a průtokoměr do odtahu. Veškeré spojovací trubice analyzační části jsou opatřeny vyhřívaným pláštěm nebo tepelnou izolací, což zaručuje udržování konstantní teploty v celém zařízení. Každá spojovací trubice má také vlastní řízení teploty, protože mají různou délku s ohledem na konfiguraci aparatury. Rozsah teplot je volitelný v rozsahu 100 až 180 °C.
Teplota hodnoceného vzorku v zařízení pro záhřev a spalování patří mezi sledované parametry a je možno ji snímat jak uvnitř materiálu, tak na jeho povrchu nebo v okolí. Proto je zařízení pro záhřev a spalování hodnocených materiálů vybaveno programátorem záhřevu, který umožňuje monitorovat nárůst teploty podle předem zvoleného programu. Teplota je měřena termočlánky a její záznam v čase je prováděn automaticky.
Teplotní pole, v pracovním prostoru zařízení pro záhřev a spalování hodnocených materiálů, je homogenizováno pomocí vnitřního ventilátoru. Tento vnitřní prostor je také možno hermeticky uzavřít, nebo evakuovat pomocí vývěvy, přičemž tlak uvnitř je měřen pomocí manometru. Složení atmosféry v pracovním prostoru je díky těmto opatřením volitelné.
FTIR analyzátor je schopen rozlišit širokou řadu látek, které se mohou ve zplodinách záhřevu nebo ve spalinách nacházet i v nízkých koncentracích (ppb). Na druhou stranu není schopen identifikovat látky se symetrickou molekulou, jako je například kyslík. Ktomu slouží druhý analyzátor připojený paralelně; jedná se o analyzátor spalin, který je navíc vhodný i pro analýzu látek o vyšších koncentracích (desítky %).
-2 CZ 2019 - 399 A3
Aparatura je určena ke studiu složení plynných zplodin hoření. Analýzou získané výsledky jsou použitelné pro hodnocení toxicity a vlivu zplodin hoření na ovzduší a životní prostředí. Různé principy měření u dvou analyzátorů zajišťují velmi široký rozsah analyzovaných látek, jak kvalitativně, tak kvantitativně.
Objasnění výkresů
Na obr. 1 je uvedeno schéma zařízení. Na obrázku 2 je znázorněno srovnání dvou měření zplodin, v tomto případě metanolu, při zahřívání dřeva, a to na standardní aparatuře a na analyzační lince.
Příklady uskutečnění vynálezu
Analyzační linka je složena ze zařízení 1 pro záhřev a spalování hodnocených materiálů za řízených podmínek, které je propojovacím prvkem 2, který představuje kovová trubice/hadice s vyhřívaným pláštěm, spojeno s vyhřívaným filtrem 3 pro odloučení pevných částic ve spalinách. Dále následuje rozdvojení pro připojení spektrometru 4 a analyzátoru 5 spalin. Po analýze jsou spaliny vedeny přes čerpadlo 6 a průtokoměr 7 do odtahu 8. Analýzu je možné provádět i odděleně, a to buď pouze na spektrometru 4 nebo na analyzátoru 5
Veškeré kovové propojovací prvky 2 jsou opatřeny vyhřívaným pláštěm nebo tepelnou izolací. Každý propojovací prvek 2 má vlastní řízení teploty, protože každý má jinou délku s ohledem na konfiguraci aparatury. Rozsah teplot vyhřívání spojovacích hadic/trubic je volitelný v rozsahu 100 až 180 °C.
Příklad 1
Dřevní štěpka je materiál, který je využíván jako náhradní palivo pro spalování nebo spoluspalování, avšak při jeho skladování na skládkách může dojít k samozáhřevu, při kterém se vyvíjí plynné zplodiny, včetně nebezpečných plynů, jako je metan nebo oxid uhelnatý. Pro určení bezpečných podmínek skladování je nutné znát teplou, při které dochází k uvolňování těchto nebezpečných plynů.
Do zařízení 1 pro záhřev a spalování hodnocených materiálů vložíme kovový košík krychlového tvaru o známých rozměrech, naplněný dřevní štěpkou o známé zrnitosti a hmotnosti. Zařízení 1 pro záhřev a spalování hodnocených materiálů zahřejeme na konstantní teplotu a odebíráme z něj vzdušiny, 2 kmin1, které vedeme pomocí propojovacího prvku 2 z kovu do analyzátoru 5 a spektrometru 4. Obě analyzující zařízení zaznamenávají koncentrace a čas měření.
Z měření je vypočítán výsledek, který určuje, zda při použité teplotě vzniká takové množství plynu, které je již nebezpečné pro zdraví nebo z hlediska výbušnosti. Tato analýza slouží pro zvýšení bezpečnosti, zejména při skladování v uzavřených místnostech.
Příklad 2
V transformátorech je užita kapalina, které slouží nejen pro izolaci, ale také pro chlazení. Během provozu dochází k jejímu zahřívání a vznikají plynné produkty rozkladu. Analýzou těchto plynů je určena tepelná stabilita olejů a je možné, tak stanovit dobu do výměny oleje apod.
Do zařízení 1 pro záhřev a spalování hodnocených materiálů vložíme plochou skleněnou nádobu s transformátorovou kapalinou o známé hmotnosti. Zařízení 1 pro záhřev a spalování hodnocených materiálů zahřejeme na konstantní teplotu a ze zahřívaného prostoru odebíráme vzdušiny, 2 Lmin1,
-3 CZ 2019 - 399 A3 které vedeme spojovacím prvkem 2 z kovu do analyzátoru 5 a spektrometru 4. Oba tyto přístroje zaznamenávají koncentrace a čas měření.
Z výsledků měření vyhodnocujeme vznik toxických plynů, které jsou nebezpečné pro zdraví i životní prostředí. Výsledky měření mohou být také použity pro klasifikaci kvality různých druhů izolačních kapalin z hlediska jejich odolnosti proti teplotě.
Průmyslová využitelnost
Analyzační linka je vhodná pro provádění chemických analýz zplodin hoření a je tedy vhodná pro provádění testů například v oblastech požární bezpečnosti, chemických analýz a ochrany životního prostředí, nebo například i v oblasti 3D tisku, pro analýzy zplodin z 3D tiskáren, které vznikají při záhřevu plastů a unikají do pracovního prostředí v podstatě bez omezení. Rozsah využití zařízení není omezen na předchozí vyjmenované záležitosti, ale může najít uplatnění při všech termických procesech, při kterých dochází ke vzniku plynných látek, rozkladem nebo hořením.

Claims (4)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Analyzační linka zplodin hoření jejíž součástí je zařízení (1) pro záhřev a spalování hodnocených materiálů, paralelně zapojené analyzátory, kterými jsou spektrometr (4) a analyzátor (5) spalin, vybavená vyhřívaným filtrem (3) vyznačující se tím, že je vybavena ochranou proti kondenzaci měřených látek a pro zachování jejich složení, která je aplikována na propojovací prvky (2) a spoje vedoucí celou linkou, kde ze zařízení (1) pro záhřev a spalování hodnocených materiálů vede propojovací prvek (2) do vyhřívaného filtru (3) pro odloučení pevných částic ve spalinách a za ním se propojovací prvek (2) dále dělí na větev se spektrometrem (4) a na větev s analyzátorem (5) spalin, obě větve jsou následně opět sloučeny a společně ústí do čerpadla (6), odkud vede propojovací prvek (2) do průtokoměru (7) a přes něj do odtahu (8), přičemž propojení jednotlivých linky s částmi propojovacího prvku (2) je realizováno spoji.
  2. 2. Analyzační linka komponentů zplodin hoření podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranu proti kondenzaci měřených látek a zachování jejich složení sestává z temperovaného pláště či izolace umístěné na propojovacím prvku (2) a dále, že spoje jednotlivých částí linky a propojovacích prvků (2) jsou uzpůsobeny pro temperaci a každá z částí propojovacího prvku (2) je vybavena vlastním zařízením pro řízení teploty.
  3. 3. Analyzační linka zplodin hoření podle nároku 1, 2 vyznačující se tím, že délka jednotlivých částí propojovacích prvků (2) je různá.
  4. 4. Analyzační linka zplodin hoření podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízení (1) pro záhřev a spalování hodnocených materiálů je vybaveno programátorem záhřevu, vývěvou a manometrem.
CZ2019399A 2019-06-21 2019-06-21 Analyzační linka zplodin hoření CZ2019399A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019399A CZ2019399A3 (cs) 2019-06-21 2019-06-21 Analyzační linka zplodin hoření

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019399A CZ2019399A3 (cs) 2019-06-21 2019-06-21 Analyzační linka zplodin hoření

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308619B6 CZ308619B6 (cs) 2021-01-06
CZ2019399A3 true CZ2019399A3 (cs) 2021-01-06

Family

ID=73995646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019399A CZ2019399A3 (cs) 2019-06-21 2019-06-21 Analyzační linka zplodin hoření

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2019399A3 (cs)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0619311B2 (ja) * 1985-10-19 1994-03-16 株式会社堀場製作所 多成分同時測定用ガス分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308619B6 (cs) 2021-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6165347A (en) Method of identifying a gas
US6338266B1 (en) Method of identifying a gas and associated apparatus
US6780378B2 (en) Method for measuring concentrations of gases and vapors using controlled flames
CN110398565B (zh) 一种用于杯式燃烧器的燃烧与灭火过程综合分析装置
CN105765381A (zh) 用于测量溶解在液体中的气体的气体浓度的方法及系统
CZ2019399A3 (cs) Analyzační linka zplodin hoření
CN104777125A (zh) 火场气体产物及气体灭火剂定量分析方法及分析系统
US4272249A (en) Method of monitoring oxygen concentrations in gas streams
JP2009014404A (ja) オイルミスト濃度測定装置
CN104406932B (zh) 固定污染源废气二氧化硫的紫外吸收测定方法
Sanusi et al. Pesticide vapours in confined atmospheres. Determination of dichlorvos by SPME-GC-MS at the µg m− 3 level
CN108195925A (zh) 土体污染物的检测仪器及检测方法
CN105510265B (zh) 红外线气体分析仪及气体分析方法
Michal Combustion products of polymeric materials. 1—Test chamber CAB 4.5
RU14083U1 (ru) Установка для исследования термической деструкции материалов
Hermouet et al. Determination of the fire behaviour of an acrylonitrile butadiene styrene material using a controlled atmosphere cone calorimeter
Hull et al. Generation, sampling and quantification of toxic combustion products
RU2631013C1 (ru) Способ экспрессного определения защитных свойств воздухопроницаемых защитных материалов по парам химических веществ при различных условиях массообмена
Lourenço et al. Instrumentation for quantitative analysis of volatile compounds emission at elevated temperatures. Part 2: Analysis of carbon fibre reinforced epoxy composite
Trumbore et al. Evaluation of techniques for in situ determination of explosion hazards in asphalt tanks
US20240219274A1 (en) Spectroscopic monitoring system for a carbon capture use and storage pipeline
Eergashboyevich et al. Semiconductor Sensor for Hydrogen Sulfide on the Basis of Tungsten and Copper Oxides
USH1293H (en) Contact hazard monitor
Alarifi et al. Analysis from Compartment Fires using Heated Raw Gas Sampling with
Bulien FTIR Spectrometer for Measuring Toxic Smoke Components in Fire Testing—Review of Equipment and Calibration Routines in NT FIRE 047