CZ30498U1

CZ30498U1 - A system for continuous measurement of combustion products dew point

Info

Publication number: CZ30498U1
Application number: CZ2016-32892U
Authority: CZ
Inventors: Jan Hruška; Jakub Minařík
Original assignee: SVĂšM a.s.
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2017-03-21

Description

Navrhované technické řešení se týká oblasti automatizovaných systémů pro provozní měření parametrů spalin v energetických zařízeních.The proposed technical solution concerns the field of automated systems for operational measurement of flue gas parameters in power plants.

Použití zařízení je možné zejména v provozech velkých spalovacích jednotek na různé druhy paliv - uhelné kotle, plynové kotle, biomasové kotle, průmyslové kotle nebo spalovny komunálního odpadu. V těchto provozech je možné použít navrhovaný systém pro automatizované měření teploty rosného bodu spalin.The equipment can be used especially in the operation of large combustion units for various types of fuels - coal boilers, gas boilers, biomass boilers, industrial boilers or municipal waste incinerators. In these plants it is possible to use the proposed system for automated measurement of flue gas dew point temperature.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při spalování paliv (uhlí, plyn, biomasa, bioplyn, komunální odpad) v průmyslových energetických zařízeních dochází ke vzniku spalin, které obsahují určitý podíl vodní páry a dle druhu paliva i různé další složky a agresivní plyny jako SO₂, SO3, HC1, NO a další.Combustion of fuels (coal, gas, biomass, biogas, municipal waste) in industrial power plants produces flue gases containing a certain proportion of water vapor and various other components and aggressive gases such as SO ₂ , SO3, HCl, NO and more.

Za normálních podmínek jsou tyty agresivní složky v plynné formě jako součást spalin, které jsou odváděny mimo spalovací jednotku. Avšak v chladnějších částech spalinovodu může dojít k poklesu teploty spalin pod tzv. teplotu rosného bodu a dojde ke kondenzaci vodných roztoků kyselin. Složení a koncentrace těchto kondenzátů se liší dle paliva, ale typicky se jedná o H₂SO₄.Under normal conditions, these aggressive components are in gaseous form as part of the flue gas, which are discharged outside the combustion unit. However, in the colder parts of the flue gas duct, the flue gas temperature may drop below the so-called dew point temperature and condensation of aqueous acid solutions may occur. The composition and concentration of these condensates vary depending on the fuel, but is typically H ₂ SO ₄ .

V důsledku tohoto jevu dochází ke značným korozním problémům tepelných výměníků či stěn kouřovodů, jejichž teplota je pod rosným bodem spalin. Tato teplota se může pohybovat v rozmezí teplot cca 40 až 250 °C a záleží na chemickém složení spalin a na tlaku.Due to this phenomenon, there are considerable corrosion problems of heat exchangers or flue gas ducts whose temperature is below the dew point of the flue gas. This temperature can range from about 40 ° C to 250 ° C, depending on the chemical composition of the flue gas and the pressure.

V současné době není v České republice komerčně dostupné autonomní zařízení, které by bylo schopné univerzálně měřit teplotu rosného bodu spalin přímo v kouřovodu spalovacích jednotek a to samostatně a plně automaticky v kontinuálním režimu.At present, there is no commercially available autonomous device in the Czech Republic capable of universally measuring the flue gas dew point temperature directly in the flue gas ducts of combustion units, separately and fully automatically in continuous mode.

Navrhovaný systém pro kontinuální měření rosného bodu spalin pro použití přímo v kouřovodu umožňuje samostatně měřit teplotu rosného bodu spalin bez nutnosti jejího výpočtu či odhadu na základě měření chemického složení spalin.The proposed system for continuous measurement of the flue gas dew point for use directly in the flue gas duct enables to measure the flue gas dew point temperature separately without the need for its calculation or estimation based on the measurement of the chemical composition of the flue gas.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Podstatou navrhovaného řešení je systém pro kontinuální měření rosného bodu spalin. Systém je tvořen třemi hlavními částmi a to chladícím agregátem, řídící jednotkou a vlastní sondou, pro měření teploty rosného bodu spalin. Chladicí agregát je tvořen rámem z korozi vzdorné oceli, ve kterém je kompresorové chlazení s chladicím šnekem, který ochlazuje chladicí kapalinu ve válcovém zásobníku, který je součástí této konstrukce spolu s jednoduchým termostatem, který řídí teplotu chlazení. Zásobník na chladicí kapalinu je uzavřen pomocí víka, které je opatřeno lopatkovým čerpadlem, které umožňuje čerpat chladící médium. Součástí víka nádoby je dále opatřen výstupním elektromagnetickým elektronicky řiditelným ventilem, který slouží k regulaci či zastavení průtoku chladicí kapaliny skrz výstupní ventil. Posledním dílem chladicího agregátu je vstupní ventil pro přívod vratné chladicí kapaliny. Řídící jednotka je sestavena z elektroinstalační krabice, ve které jsou řídící a měřící prvky systému spolu s programovatelným průmyslovým počítačem, který řídí chlazení měřícího systému a zároveň sbírá a vyhodnocuje naměřená data. Posledním kusem systému je vlastní měřicí sonda, která je tvořena nosnou trubkou, která je připojena na výstup a vstup z chladicího agregátu pomocí hadic. Tato chladicí trubice nese vlastní měřicí senzor, který je schopen zachytit stav ovlhčení a zároveň měří aktuální teplotu v místě zarosení pomocí termočlánku typu K. Senzor je tvořen dvěma elektrodami oddělenými nevodivou keramickou membránou a termočlánkem. Termočlánek a měřicí elektrody jsou vyvedeny do řídící jednotky, která kontinuálně sbírá měřená data. Nosná chladicí trubka spolu s měřicím senzorem jsou schovány v korozivzdomém krytu s otvory na konci pro přístup spalin k měřicí části systému.The essence of the proposed solution is a system for continuous measurement of flue gas dew point. The system consists of three main parts, namely a cooling unit, a control unit and its own probe for measuring the dew point of the flue gas. The cooling unit consists of a corrosion-resistant steel frame in which there is compressor cooling with a cooling screw, which cools the coolant in the cylindrical tank, which is part of this construction together with a simple thermostat that controls the cooling temperature. The coolant reservoir is closed by means of a lid equipped with a vane pump that allows the coolant to be pumped. The container lid is further provided with an outlet electromagnetic electronically controllable valve, which serves to regulate or stop the flow of coolant through the outlet valve. The last part of the cooling unit is the inlet valve for the return of the coolant. The control unit consists of a wiring box, in which the control and measuring elements of the system are together with a programmable industrial computer, which controls the cooling of the measuring system and at the same time collects and evaluates the measured data. The last piece of the system is the actual measuring probe, which consists of a supporting tube, which is connected to the outlet and the inlet of the cooling unit by means of hoses. This cooling tube carries its own measuring sensor, which is capable of detecting the humidification condition and at the same time measures the actual temperature at the point of dripping using a K-type thermocouple. The sensor consists of two electrodes separated by a non-conducting ceramic membrane and a thermocouple. The thermocouple and the measuring electrodes are led to a control unit that continuously collects the measured data. The support coolant tube together with the measuring sensor are hidden in a corrosion-proof housing with openings at the end for accessing the flue gas to the measuring part of the system.

-1 CZ 30498 U1-1 CZ 30498 U1

Objasnění výkresuClarification of the drawing

Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na schéma na výkresu na:An exemplary embodiment of the proposed solution is described with reference to the diagram in the drawing:

Obr. 1 - Systém pro kontinuální měření teploty rosného bodu spalin Příklad uskutečnění technického řešeníGiant. 1 - System for continuous measurement of flue gas dew point temperature Example of technical solution realization

Systém pro kontinuální měření teploty rosného bodu spalin dle navrhovaného řešení se skládá ze tří hlavních částí - z chladicího agregátu 1, který je tvořen chladícím okruhem 2, jehož součástí je chladicí šnek 3 a kompresor 4 a dále pak lopatkovým čerpadlem 6, za nímž se nachází regulovatelný elektromagnetický ventil 7 pro řízení výstupního průtoku chladicí kapaliny, která je v kovovém zásobníku 5. Chladicí okruh z agregátu i, je spojen pomocí hadic 8 s vlastní měřicí sondou 14, která se skládá z nosné chladicí trubice 9, na jejímž konci je senzor detekce rosení tvořený termočlánkem 10 typu K a elektrodou 12, které jsou odděleny porézní keramickou membránou li vyrobenou ze směsi A1₂O₃ a SiO₂ v poměru 70 %:30 %. Termočlánek 10 typu K zároveň slouží jako protielektroda a při zarosení dojde k poklesu napětí vlivem vodivého spojení elektrody 12 a termočlánku 10 typu K. Celá sonda je kryta pomocí krytu 13, která je vyroben z korozivzdomé oceli. Vlastní měřicí sonda 14 a chladicí agregát 1 jsou spojeny kabely s řídící jednotkou 15, která je tvořena průmyslovým PLC automatem.The system for continuous measurement of flue gas dew point temperature according to the proposed solution consists of three main parts - cooling unit 1, which consists of a cooling circuit 2, comprising a cooling screw 3 and a compressor 4, followed by a vane pump 6, a controllable solenoid valve 7 for controlling the coolant outlet flow, which is in the metal container 5. The cooling circuit of the unit 1 is connected via hoses 8 to its own measuring probe 14, which consists of a cooling coolant tube 9 with a sensor at its end This comprises a K-type thermocouple 10 and an electrode 12 separated by a porous ceramic membrane 11 made from a mixture of Al ₂ O ₃ and SiO ₂ in a ratio of 70%: 30%. At the same time, the K-type thermocouple 10 serves as a counter electrode and the voltage drops due to the conduction of the electrode 12 and the K-type thermocouple 10 when wet. The entire probe is covered by a cover 13 which is made of stainless steel. The measuring probe 14 itself and the cooling unit 1 are connected by cables to a control unit 15, which consists of an industrial PLC.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

System for continuous measurement of flue gas dew point, characterized in that it consists of a cooling unit (1), a measuring probe (14) and a control unit (15)

Flue gas dew point continuous measurement system according to claim 1, characterized in that a measuring sensor is mounted to the measuring probe (14), which consists of one electrode (12), a ceramic membrane (11) and a second electrode which is type K thermocouple (10)

Flue gas dew point measurement system according to claim 1, characterized in that the diaphragm (11) fixed between the electrodes on the sensor is a ceramic mass of a mixture of Al ₂ O ₃ and SiO ₂ .