DE10129065A1 - Fuel gas combustion characteristic measurement system uses temperature measurements - Google Patents
Fuel gas combustion characteristic measurement system uses temperature measurementsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einfachen, kontinuierlichen Bestimmung brenntechnischer Kenngrößen, wie Heizwert, Brennwert und/oder Wobbeindizes von Brenngasen.The invention relates to a method for simple, continuous determination combustion parameters, such as calorific value, calorific value and / or wobble indices of Fuel gases.
Derartige Kenngrößen besitzen sowohl für die Gasversorger (als Grundlage für eine korrekte Abrechnung oder zur Herstellung von Mischgasen mit definierten Eigen schaften) als auch für den optimalen Betrieb von Gasbrennern in industriellen Ver brennungsanlagen eine entscheidende Rolle.Such parameters have both for the gas supplier (as the basis for a correct billing or for the production of mixed gases with defined own ) as well as for the optimal operation of gas burners in industrial ver combustion plants play a crucial role.
In den vergangenen Jahren ist eine Vielzahl verschiedener Einrichtungen zur Be stimmung solcher Kenngrößen entwickelt worden. Man unterscheidet hierbei prinzi piell zwischen direkten und indirekten Verfahren. Bei den direkten Verfahren werden die gewünschten Kenngrößen einzeln gemessen, wozu oft sehr aufwendige Gasauf bereitungsmaßnahmen erforderlich sind. Zu solchen Verfahren gehören:In the past years, a variety of different facilities have been used such parameters have been developed. One differentiates here prinzi between direct and indirect procedures. In the direct procedure the desired parameters measured individually, which often requires very expensive gas preparatory measures are required. Such procedures include:
Bei diesen Geräten wird das Gas mittels einer offenen Flamme verbrannt und
aus der entstehenden Wärme (Temperaturänderung) der Brenn- bzw. Heizwert
bestimmt.
(DE 297 00 580; DE 0 002 62 605; EP 469649; EP 0304266; EP 701122;
WO 9401217)With these devices, the gas is burned using an open flame and the calorific value or calorific value is determined from the heat generated (temperature change).
(DE 297 00 580; DE 0 002 62 605; EP 469649; EP 0304266; EP 701122; WO 9401217)
Bei diesen Verfahren wird das Probegas mit Luft vermischt und anschließend
an 400. . .500°C heißen Wendeln eines Katalysators ohne offene Flamme ver
brannt. Die Temperaturerhöhung des Katalysators ist hierbei proportional zum
Brennwert. Katalysatoren altern jedoch und sind sehr empfindlich gegenüber
Gasbestandteilen, die als sogenannte Katalysatorengifte bezeichnet werden.
Da diese Verfahren auf Oberflächeneffekten basieren und diese zu starken
Drifterscheinungen führen können, wird ein häufiges Kalibrieren mit Prüfgas er
forderlich. Stabil hohe Genauigkeiten können aus diesen Gründen derzeit mit
diesen Verfahren nicht erzielt werden.
(DE 23 43 863; EP 187272; DE 297 15 633; US 0005807749; EP 306266)In this process, the sample gas is mixed with air and then 400.. .500 ° C hot filaments of a catalyst burned without an open flame. The temperature increase of the catalyst is proportional to the calorific value. However, catalysts age and are very sensitive to gas components, which are referred to as so-called catalyst poisons. Since these methods are based on surface effects and these can lead to strong drift phenomena, frequent calibration with test gas is necessary. For these reasons, stable high accuracies cannot currently be achieved with these methods.
(DE 23 43 863; EP 187272; DE 297 15 633; US 0005807749; EP 306266)
Bei diesem Verfahren wird die Änderung der Längenausdehnung eines Stabes
bei Änderung der Verbrennungstemperatur als Messsignal genutzt. Nach einer
entsprechenden Kalibrierung lassen sich daraus die gewünschten Kenndaten
ermitteln.
(Reineke Meß- und Regelungstechnik GmbH).In this method, the change in the linear expansion of a rod when the combustion temperature changes is used as a measurement signal. After a corresponding calibration, the desired characteristic data can be determined from this.
(Reineke Meß- und Steuerungstechnik GmbH).
Nachteilig bei all diesen Verfahren wirken sich vor allem die hohen Kosten für die Geräteanschaffung aus.The disadvantage of all these processes is the high cost of the Device acquisition from.
Bei den indirekten Verfahren werden charakteristische Gaseigenschaften oder die Gaszusammensetzung gemessen und daraus, über meist empirische Zusammen hänge, die gewünschten Kenngrößen ermittelt. Zu den indirekten Verfahren zählen z. B.:In the indirect process, characteristic gas properties or the Gas composition measured and from it, mostly empirical together depending on the desired parameters. Indirect procedures include z. B .:
Bei der Gaschromatographie wird das Probegas mit einem Trägergas gemischt
und über ein System von gaschromatographischen Trennsäulen geleitet. Aus
den detektierten Antwortsignalen wird die Gaszusammensetzung bestimmt. Mit
diesen Verfahren lassen sich die höchsten Genauigkeiten erreichen, die Geräte
sind jedoch sehr teuer und die Messungen sind sehr kostenintensiv und können
nur periodisch erfolgen.
(z. B. Martmann & Braun Analysenmesstechnik)In gas chromatography, the sample gas is mixed with a carrier gas and passed through a system of gas chromatographic separation columns. The gas composition is determined from the detected response signals. The highest accuracies can be achieved with these methods, but the devices are very expensive and the measurements are very expensive and can only be carried out periodically.
(e.g. Martmann & Braun analytical measurement technology)
Obwohl in den letzten Jahren auf diesem Gebiet eine rasante Entwicklung
stattgefunden hat, sind gegenwärtig damit nur Daten mit nicht zu hohen Genau
igkeitsansprüchen zu erhalten. Als große Vorteile dieser Verfahren wären die
geringen erforderlichen Gasmengen und die Messung bei Umgebungstempera
tur ohne größere Präparation der Messgase zu nennen.
(GB 2228568; US 4594510; US 4553032; DE 196 50 302; DE 26 35 769;
DE 31 29 580; DE 44 33 336; DE 43 01 457; DE 38 14 718; DE 33 34 264)Although there has been rapid development in this area in recent years, only data with accuracy requirements that are not too high can currently be obtained. The small gas quantities required and the measurement at ambient temperature without major preparation of the measurement gases would be mentioned as great advantages of these methods.
(GB 2228568; US 4594510; US 4553032; DE 196 50 302; DE 26 35 769; DE 31 29 580; DE 44 33 336; DE 43 01 457; DE 38 14 718; DE 33 34 264)
Aus Untersuchungen ist bekannt, dass zwischen einzelnen Stoffwerten der
Gasgemische und den brenntechnischen Kenndaten in bestimmten Bereichen
relativ einfache mathematische Zusammenhänge bestehen. Damit können bei
Kenntnis dieser die gewünschten Größen daraus berechnet werden. Hohe Ge
nauigkeiten sind jedoch damit in der Regel nicht erzielbar und die Preise für die
erforderliche Gerätetechnik sind nicht zu unterschätzen.
(DE 197 07 659; DE 36 23 664; DE 199 00 129; DE 44 44 847; DE 43 36 174;
DE 199 21 167; DE 195 35 819).It is known from investigations that there are relatively simple mathematical relationships between the individual material values of the gas mixtures and the combustion characteristics in certain areas. If you know them, you can use them to calculate the desired sizes. However, high accuracy is generally not achievable and the prices for the required device technology should not be underestimated.
(DE 197 07 659; DE 36 23 664; DE 199 00 129; DE 44 44 847; DE 43 36 174; DE 199 21 167; DE 195 35 819).
AMS Analysen-, Meß- und Systemtechnik, Dielheim
RHADOX 1000/RHADOX 2000
Wobbeindex (oberer)/Brennwert.AMS analysis, measurement and system technology, Dielheim
RHADOX 1000 / RHADOX 2000
Wobbe index (upper) / calorific value.
Bei diesem System werden Luft und Gas mit gleicher Temperatur über ein Düsen
system in festem Verhältnis gemischt und an einem Katalysator mit geregelter Tem
peratur oxidiert. Mittels einer Lambdasonde wird der Sauerstoffgehalt des Abgasge
misches bestimmt. Für Gase der Alkanreihe ist der Sauerstoffgehalt dem Wobbein
dex (oberer) proportional. Das Gerät ist auch für Gase mit geringem Brennwert ein
setzbar.
Anwendbar speziell für Erdgase.
Kalibrierung: automatisch, 3 Prüfgase nötig.In this system, air and gas at the same temperature are mixed in a fixed ratio via a nozzle system and oxidized at a catalyst with a controlled temperature. The oxygen content of the exhaust gas mixture is determined using a lambda probe. For gases in the alkane series, the oxygen content is proportional to the wobbone dex (upper). The device can also be used for gases with a low calorific value.
Applicable especially for natural gases.
Calibration: automatic, 3 test gases required.
Dazu Gebrauchsmuster DE 297 15 633 U1 (1997)
Reineke Meß- und Regeltechnik GmbH, Bochum
Gas-Messgerät für Wobbeindex, Heizwert, WärmeflussIn addition utility model DE 297 15 633 U1 (1997)
Reineke Meß- und Regeltechnik GmbH, Bochum, Germany
Gas measuring device for Wobbe index, calorific value, heat flow
Die Verbrennungsluft und das zu analysierende Gas werden in festem Verhältnis
(Feindruckregler) bei vorgegebener Temperatur gemischt und verbrannt. Kühlluft
gleicher Ausgangstemperatur wird beigemischt. Die Verbrennungsgase erwärmen
einen Metallstab, der sich ausdehnt und über Hebel eine Prallplatte verstellt, die den
Vordruck der Kühlluft verändert. Der Vordruck wird gemessen und ist proportional
dem Wobbeindex (unterer).
Anwendbar für alle brennbaren Gase.
Kalibrierung: automatisch, Prüfgase nötigThe combustion air and the gas to be analyzed are mixed and burned in a fixed ratio (fine pressure controller) at a specified temperature. Cooling air with the same initial temperature is added. The combustion gases heat a metal rod, which expands and adjusts a baffle plate via levers, which changes the admission pressure of the cooling air. The form is measured and is proportional to the Wobbe index (lower).
Applicable to all flammable gases.
Calibration: automatic, test gases required
In diesen Geräten wird ein definiertes Verbrennungsluft-Gas-Gemisch verbrannt und
dadurch eine Erwärmung von Wasser erzielt. Aus der Erwärmung des Wassers wird
die bei der Verbrennung frei gewordene Wärmemenge bestimmt und aus dieser wer
den dann die gewünschten Kenndaten berechnet.
Union Apparatebaugesellschaft mbH, Karlsruhe
Union-Schnellgeber CW (W) 95/H (L) digital
Wobbezahl, HeizwertIn these devices, a defined mixture of combustion air and gas is burned, thereby heating water. The amount of heat released during combustion is determined from the heating of the water and from this the desired characteristics are then calculated.
Union Apparatebaugesellschaft mbH, Karlsruhe
Union high-speed sensor CW (W) 95 / H (L) digital
Wobbe number, calorific value
Auf gleicher Temperatur und gleichem konstanten Druck befindliche Kühlluft und
Luft-Gas-Gemisch werden verbrannt und die Temperaturdifferenz zwischen Anfangs-
und Verbrennungsabgasendtemperatur gemessen. Die gemessene Temperaturdiffe
renz ist proportional dem Wobbeindex.
Anwendbar für alle brennbaren Gase.
Kalibrierung: 2 Prüfgase notwendig
pmi PRECISION MEASUREMENT, INC., Badger Meter, Inc., Tulsa, Oklahoma, USA
Tru Therm HÔ
Wobbeindex, HeizwertCooling air and air-gas mixture at the same temperature and constant pressure are burned and the temperature difference between the start and combustion exhaust gas end temperature is measured. The measured temperature difference is proportional to the Wobbe index.
Applicable to all flammable gases.
Calibration: 2 test gases required
pmi PRECISION MEASUREMENT, INC., Badger Meter, Inc., Tulsa, Oklahoma, USA
Tru Therm HÔ
Wobbe index, calorific value
Einem festen Luftstrom wird soviel Brenngas zugemischt, dass eine maximale Flammtemperatur erreicht wird. Dies liegt bei einer stöchiometrischen Verbrennung vor. Da der Gasstrom umgekehrt proportional dem Heizwert ist, kann dieser damit bestimmt werden. So much fuel gas is mixed into a fixed air flow that a maximum Flame temperature is reached. This is due to stoichiometric combustion in front. Since the gas flow is inversely proportional to the calorific value, this can be used be determined.
Vergleich zu einem Referenzbrenngas notwendig.
Hartmann & Braun GmbH & Co. KG, Frankfurt/Main
Advance Optichrom Prozeß GaschromatographComparison to a reference fuel gas necessary.
Hartmann & Braun GmbH & Co. KG, Frankfurt / Main
Advance Optichrom process gas chromatograph
Die Komponenten- und Konzentrationsbestimmung erfolgt über Trennsäulen mit ver
schiedenen Detektoren. Bei Kenntnis der Komponenten und deren Konzentration
können daraus der Heizwert/Brennwert/Wobbezahlen berechnet werden.
ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, California, USA
Heat recovery calorimeter
EP OS 0 187 272 B1 (USA 1984)
BrennwertThe components and concentration are determined using separation columns with various detectors. With knowledge of the components and their concentration, the calorific value / calorific value / weaving numbers can be calculated from this.
ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, California, USA
Heat recovery calorimeter
EP OS 0 187 272 B1 (USA 1984)
condensing
Luft und Gas werden über Temperatur- und Druckregelung in vorgegebenem Ver hältnis gemischt und an einem erhitzten Katalysator verbrannt. Die Verbrennungsga se werden an einer Wärmesenke auf Umgebungs- bzw. Gaseintrittstemperatur zu rückgekühlt und der im Abgas enthaltene Wasserdampf kondensiert. Die Temperatur des Katalysators wird elektronisch geregelt und die zugeführte elektrische Leistung erfasst. Die Kühlung erfolgt mittels Peltierelementen. Kalt- und Warmseitentempera tur werden erfasst. Mit dem Leistungsbedarf der Peltierelemente wird die transportierte Wärme berechnet. Die Differenz aus abgeführtem Wärmestrom und am Katalysator zugeführter Leistung wird als Reaktionswärme mit dem Gasstrom zum Brennwert verrechnet.Air and gas are controlled via temperature and pressure control in a predefined ver Ratio mixed and burned on a heated catalyst. The combustion gas They are raised to the ambient or gas inlet temperature at a heat sink recooled and the water vapor contained in the exhaust gas condenses. The temperature of the catalytic converter is electronically controlled and the electrical power supplied detected. The cooling takes place by means of Peltier elements. Cold and warm side tempera structure are recorded. With the power requirement of the Peltier elements, the transported heat calculated. The difference between the dissipated heat flow and power supplied at the catalyst is used as heat of reaction with the gas stream offset against the calorific value.
Bei diesem Verfahren ergeben sich Fehler unter anderem infolge der Kondensation
von Feuchtigkeit, die bereits vor der Verbrennung in Luft oder Gas enthalten war.
Auch die Kombination Wärmesenke, Peltierelement, Kühlprofil führt zu einer thermi
schen Trägheit. Die Einrichtung muss wegen der Temperaturabhängigkeit des Peltier
elementes bei verschiedenen Umgebungstemperaturen kalibriert werden oder kann
nur bei konstanten Umgebungsbedingungen betrieben werden.
HART SCIENTIFIC, INC., Provo, Utah, USA
Catalytic gas calorimeter systems and methods
EP 0 304 266 A2 (USA 1987)
Heizwert, BrennwertThis method results in errors, among other things, due to the condensation of moisture that was already contained in air or gas before the combustion. The combination of heat sink, Peltier element and cooling profile also leads to thermal inertia. The device must be calibrated at different ambient temperatures due to the temperature dependence of the Peltier element or can only be operated under constant ambient conditions.
HART SCIENTIFIC, INC., Provo, Utah, USA
Catalytic gas calorimeter systems and methods
EP 0 304 266 A2 (USA 1987)
Calorific value, calorific value
Diese Verfahren arbeitet in Messzyklen, nicht echt kontinuierlich.This method works in measuring cycles, not really continuously.
Gas und Luft werden unter Druck in einer Reaktorkammer gemischt. Poröses, be
schichtetes Katalysatormaterial wird auf der erforderlichen Temperatur gehalten. Die
Erwärmung infolge der Oxidationsreaktion wird mit dem zugeführten Gasvolumen
zum Heizwert umgerechnet oder es wird der (Kühl-)Luftstrom, der zum Konstanthal
ten der Reaktortemperatur notwendig ist, erfasst und daraus der Heizwert bestimmt.
Am Gasaustritt kann die Feuchte gemessen, temperaturkorrigiert und damit der
Brennwert bestimmt werden. Nach der Messung wird die Reaktorzelle wieder auf
Starttemperatur zurückgefahren. Nach dessen Erreichen kann mit einer neuen Mes
sung begonnen werden.
Snam S.p.A., Milano, Italien
Verfahren zur Regelung der Wärmebelastung einer Anlage
DE OS 31 25 515 A1 (IT 1980)
oberer WobbeindexGas and air are mixed under pressure in a reactor chamber. Porous, coated catalyst material is kept at the required temperature. The heating due to the oxidation reaction is converted to the calorific value with the gas volume supplied, or the (cooling) air flow required to keep the reactor temperature constant is determined and the calorific value is determined therefrom. At the gas outlet, the humidity can be measured, temperature corrected and thus the calorific value can be determined. After the measurement, the reactor cell is returned to the start temperature. Once this has been reached, a new measurement can be started.
Snam SpA, Milano, Italy
Process for controlling the thermal load on a system
DE OS 31 25 515 A1 (IT 1980)
upper Wobbe index
Brenngas wird aus einer Prozessleitung über Druckminderer abgezweigt und in ei
nem festen Verhältnis mit Luft gemischt. Nach der Verbrennung wird das Gemisch
getrocknet und der darin noch befindliche Sauerstoffgehalt bestimmt, woraus der
Wobbeindex berechnet werden kann.
N. V. NEDERLANDSE GASUNIE, Groningen, Niederlande
Device for determining the Wobbe index of a gas mixture
EP 0 628 815 A1 (NL 1993)
oberer WobbeindexFuel gas is branched off from a process line via pressure reducers and mixed with air in a fixed ratio. After the combustion, the mixture is dried and the oxygen content therein is determined, from which the Wobbe index can be calculated.
NV NEDERLANDSE GASUNIE, Groningen, The Netherlands
Device for determining the Wobbe index of a gas mixture
EP 0 628 815 A1 (NL 1993)
upper Wobbe index
Betrifft die Herstellung von Gasmischungen. Über verschiedene zu- und abschaltbare
Düsen wird hierbei das Reynoldszahlverhältnis von Brenngas und Verbrennungsluft
konstant gehalten.
Diese Technik wird in den ASM-Geräten verwendet.
PANAMETRICS, INC., Waltham, Massachusetts, USA
Gas calorimeter and Wobbe index meter
EP 0 560 501 A2 (USA 1992)
unterer Wobbeindex, BrennwertAffects the production of gas mixtures. The Reynolds number ratio of fuel gas and combustion air is kept constant using various nozzles that can be switched on and off.
This technique is used in the ASM devices.
PANAMETRICS, INC., Waltham, Massachusetts, USA
Gas calorimeter and Wobbe index meter
EP 0 560 501 A2 (USA 1992)
lower Wobbe index, calorific value
Gas und Luft werden im stöchiometrischen Verhältnis gemischt. Ein ZrO2-Sensor,
der gleichzeitig als Katalysator dient, erfasst den Restsauerstoff nach der Verbren
nung und regelt den Vordruck der Luft so, dass das stöchiometrische Verhältnis ein
gehalten wird. Dieser Druck ist dann proportional dem Wobbeindex. In einem paralle
len Kanal wird durch einen zweiten Sensor der Sauerstoffgehalt des unverbrannten
stöchiometrischen Gemisches gemessen. Über den durch die Verbrennung ver
brauchten Sauerstoff kann der Brennwert bestimmt werden.
TOKYO GAS CO., LTD, Tokyo, Japan
Oval Engineering Co., Ltd., Tokyo, Japan
Calorimeter
EP OS 0 469 949 B1 (JP 1990)
BrennwertGas and air are mixed in a stoichiometric ratio. A ZrO 2 sensor, which also serves as a catalyst, detects the residual oxygen after combustion and regulates the air pressure so that the stoichiometric ratio is maintained. This pressure is then proportional to the Wobbe index. The oxygen content of the unburned stoichiometric mixture is measured in a parallel channel by a second sensor. The calorific value can be determined from the oxygen consumed by the combustion.
TOKYO GAS CO., LTD, Tokyo, Japan
Oval Engineering Co., Ltd., Tokyo, Japan
calorimeter
EP OS 0 469 949 B1 (JP 1990)
condensing
Es gibt lineare Zusammenhänge zwischen der Wärmekapazität, der Dichte und der Viskosität mit dem Brennwert von aliphatischen Erdgasen. Über eine Kombination von Laminarströmungsfühlern mit nachgeschaltetem thermischen Sensor und einem thermischen Massestromsensor wird eine Druckregelung angesteuert und aus der Druckdifferenz der Brennwert berechnet. Dabei erfolgt keine Verbrennung und es kann mit sehr geringen Gasströmen gearbeitet werden.There are linear correlations between the heat capacity, the density and the Viscosity with the calorific value of aliphatic natural gases. About a combination of laminar flow sensors with a downstream thermal sensor and a Thermal mass flow sensor, a pressure control is controlled and from the Pressure difference calculated the calorific value. There is no combustion and it can be used with very low gas flows.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile weitestgehend zu beseitigen und ein einfaches, preiswertes und stabil arbeitendes Gerät zu entwickeln, was sich neben einer hohen Genauigkeit und kontinuierlichen Messwertaufnahme auch durch einen geringeren Gasverbrauch und Wartungs aufwand von den anderen Verfahren und Geräten unterscheidet.The object of the present invention is to overcome the disadvantages described above as far as possible to eliminate and a simple, inexpensive and stable working Device to develop what in addition to high accuracy and continuous Measured value acquisition also through lower gas consumption and maintenance differs from the other processes and devices.
Einen Ausgangspunkt der Entwicklung bildete dabei die Zielsetzung, möglichst weni ge und vor allem einfache und zuverlässig arbeitende Sensoren zu verwenden. Er findungsgemäß wurde dies damit gelöst, dass zur Ermittlung des Heizwertes nur Temperaturen gemessen werden müssen. Die dazu erforderlichen Temperatursen soren sind zuverlässig und bei richtiger Auswahl auch langzeitstabil. Die Tempera turmessung selbst kann, basierend auf den Stand der Technik, mit hoher Genauig keit erfolgen und sollte mindestens ≦ ± 0,1 K sein. Zur Erzielung hoher Genauigkei ten der Zieldaten macht es sich erforderlich, dass die Gas- und Luftströme sowohl im Durchsatz als auch in der Temperatur sehr konstant zu halten sind. Die Temperatur schwankung des Gases und der zugeführten Luft sollte möglichst < 0,1 K sein. Der absolute Temperaturwert spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle. Die Größe des zu verwendenden Gasstromes ist unter anderem abhängig von den Umgebungsbe dingungen und der Wärmeisolation des Messsystems. Mit steigenden Wärmeverlus ten muss auch der Gasdurchsatz steigen, um die Anforderungen an die Genauigkeit zu halten. Die für eine vollständige Verbrennung erforderliche Luftmenge muss vor der Verbrennung gut mit dem Brenngas vermischt werden. Die Luftmenge sollte da bei zwischen 10% und 30% über der für eine stöchiometrisch erforderlichen Luft menge liegen. Die Lufteintrittstemperatur sollte so gewählt werden, dass das Gerät die gesamte Betriebszeit mit dieser arbeiten kann. Je höher die Lufteintrittstempera tur ist, um so größer wird die benötigte Luftmenge. Die Ausgangstemperatur des Abgas-Luftgemisches aus der Apparatur kann über die Zusatzluftmenge über einen großen Bereich variiert werden. Kleine Austrittstemperaturen haben geringere Wär meverluste zur Folge, sie führen aber auch zu einer deutlichen Reduzierung des Messeffektes. Bei höheren Austrittstemperaturen lassen sich zwar Veränderungen im Messgas gut detektieren, aber es sind auch neben der technischen und organisatori schen Beherrschung der hohen Temperaturen größere Fehler auf Grund steigender Wärmeverluste zu verzeichnen. Mit sinkendem Zusatzluftanteil ist auch ein verstärk ter Einfluss der cp-Wert-Änderung in Folge der Verbrennung bei schwankenden Gaszusammensetzungen zu verzeichnen. Die Gesamtluftzuspeisung sollte deshalb < 150.Brenngas sein.One of the starting points of the development was the goal of using as few and, above all, simple and reliable sensors as possible. According to the invention, this was solved by only measuring temperatures to determine the calorific value. The temperature sensors required for this are reliable and, with the right selection, also long-term stable. The temperature measurement itself, based on the state of the art, can be carried out with high accuracy and should be at least ≦ ± 0.1 K. To achieve high accuracy of the target data, it is necessary to keep the gas and air flows very constant both in terms of throughput and temperature. The temperature fluctuation of the gas and the supplied air should be <0.1 K if possible. The absolute temperature value only plays a minor role. The size of the gas flow to be used depends, among other things, on the ambient conditions and the thermal insulation of the measuring system. With increasing heat losses, the gas throughput also has to increase in order to meet the requirements for accuracy. The amount of air required for complete combustion must be mixed well with the fuel gas before combustion. The amount of air should be between 10% and 30% above the amount of air required for a stoichiometric amount. The air inlet temperature should be selected so that the device can work with it for the entire operating time. The higher the air inlet temperature, the greater the amount of air required. The initial temperature of the exhaust gas / air mixture from the apparatus can be varied over a wide range using the additional air volume. Small outlet temperatures result in lower heat losses, but they also lead to a significant reduction in the measuring effect. At higher outlet temperatures, changes in the sample gas can be detected well, but in addition to the technical and organizational control of the high temperatures, there are also major errors due to increasing heat losses. As the proportion of additional air decreases, there is also an increased influence of the change in the c p value as a result of the combustion with fluctuating gas compositions. The total air supply should therefore be <150. Fuel gas .
Als günstig konnte ein Austrittstemperaturbereich zwischen 150°C und 400°C gefun den werden. Zur Abdichtung des in den Abgasraum reichenden Wärmeleitstabes mit dem Apparategehäuse sollte ein schlecht wärmeleitendes Material eingesetzt wer den. Zur Dimensionierung des Wärmeleitstabes kann die Fig. 1 herangezogen wer den.An outlet temperature range between 150 ° C and 400 ° C was found to be favorable. A poorly heat-conducting material should be used to seal the heat-conducting rod that extends into the exhaust gas chamber with the apparatus housing. 1 can be used to dimension the heat conducting rod .
Um den erforderlichen Wärmestrom abzuführen, macht sich eine Kühlung des Wär meleitstabes am anderen Ende erforderlich. Zur Erzielung einer möglichst konstanten Kühlleistung ist z. B. ein Peltierelement geeignet. Eine Regelung der Stabendtempe ratur hat sich als nicht vorteilhaft erwiesen. Sowohl der Wärmeleitstab als auch die übrige Apparatur sind gut gegen Wärmeverlust zu isolieren.In order to dissipate the required heat flow, the heat is cooled guide rod at the other end required. To achieve a constant as possible Cooling capacity is e.g. B. suitable a Peltier element. A regulation of the rod end temperature ratur has not proven to be advantageous. Both the heat conducting rod and the other equipment must be well insulated against heat loss.
Den Ausgangspunkt der Auswertung bildet der über Bilanzen erhaltenen Zusam
menhang zwischen den gemessenen Temperaturen und der Gerätekonstante
The starting point of the evaluation is the relationship between the measured temperatures and the device constant obtained via the balance sheet
mit
HU - dem Heizwert
K* - der Gerätekonstante
T0 - der Gastemperatur vor der Verbrennung
T1 - der Gastemperatur nach der Verbrennung vor dem Wärmeleitstab
T2 - der Gastemperatur nach dem Wärmeleitstab
T3 - der höheren Temperatur auf dem Wärmeleitstab
T4 - der niedrigeren Temperatur auf dem Wärmeleitstab.With
H U - the calorific value
K * - the device constant
T 0 - the gas temperature before combustion
T 1 - the gas temperature after combustion before the heat conducting rod
T 2 - the gas temperature after the heat conducting rod
T 3 - the higher temperature on the heat conducting rod
T 4 - the lower temperature on the heat conducting rod.
Obige Gleichung kann verwendet werden, wenn die genaue Größe des Brenngas
stromes nicht bekannt ist. Bei Kenntnis der Größe des Gasstromes lässt sich die obi
ge Gleichung modifizieren zu
The above equation can be used when the exact size of the fuel gas flow is not known. If the size of the gas flow is known, the above equation can be modified
Die Gerätekonstante K* ist mit Hilfe eines Testgases zu bestimmen, von dem der
Heizwert bekannt ist. Der Wobbeindex kann dann aus den Gleichungen
The device constant K * is to be determined using a test gas, of which the calorific value is known. The Wobbe index can then be derived from the equations
bestimmt werden. In diesen Gleichungen sind:
HO - der Brennwert
WO - der obere Wobbeindex
WU - der untere Wobbeindex.
dV - Dichteverhältnis.be determined. In these equations are:
H O - the calorific value
W O - the upper Wobbe index
W U - the lower Wobbe index.
d V - density ratio.
Bei unbekannter Gaszusammensetzung und höheren Genauigkeitsanforderungen
muss das Dichteverhältnis experimentell bestimmt werden. Besteht das Brenngas
nur aus Gasen der Alkanreihe und vernachlässigbar kleinen Mengen an Inertgasen,
kann das Dichtevernältnis bei Kenntnis des Heizwertes mit hoher Genauigkeit be
rechnet werden aus:
If the gas composition is unknown and the accuracy requirements are higher, the density ratio must be determined experimentally. If the fuel gas consists only of gases from the alkane series and negligibly small amounts of inert gases, the density ratio can be calculated with high accuracy if the calorific value is known from:
dV = 0,017539.Hu - 0,077775,
d V = 0.017539.H u - 0.077775,
worin Hu in [MJ/m3] einzusetzen ist.where H u is to be used in [MJ / m 3 ].
Diese Gleichung wurde aus experimentellen Daten von CERBE (Grundlagen der Gastechnik; 5. Auflage 1999) mit einem Korrelationskoeffizienten < 0,999 approxi miert.This equation was derived from experimental data from CERBE (Basics of Gas technology; 5th edition 1999) with a correlation coefficient <0.999 approxi mized.
Zwischen dem Brennwert und dem Heizwert besteht für die Gase der Alkanreihe der
nachfolgende Zusammenhang:
The following relationship exists between the calorific value and the calorific value for the gases of the alkane series:
Ho[MJ/m3] = 1,07376.Hu[MJ/m3] + 1,26789
H o [MJ / m 3 ] = 1.07376.H u [MJ / m 3 ] + 1.26789
in dem Hu in [MJ/m2] einzusetzen ist, um Ho in [MJ/m3] zu erhalten.in which H u is to be used in [MJ / m 2 ] in order to obtain H o in [MJ / m 3 ].
Das Prinzipschema der entwickelten Apparatur ist der Fig. 2 zu entnehmen. Bei sorgfältigem Aufbau und Betrieb sind mit dieser Anordnung, wie Untersuchungen gezeigt haben, Heizwerte mit einem Fehler < 1% erreichbar.The basic scheme of the developed apparatus can be seen in FIG. 2. With careful assembly and operation, this arrangement, as studies have shown, enables calorific values with an error of <1% to be achieved.
Claims (9)
ein konstanter Gasstrom mit Luftüberschuss in einer dafür geeigneten Appara tur vollständig verbrannt wird,
mit einem konstanten, temperierten Zusatzluftstrom die Abgastemperatur in bestimmten Grenzen variabel einstellbar ist,
ein Teil der erzeugten Wärme über einen gekühlten Wärmeleitstab aus dem Abgasstrom ausgekoppelt wird,
die Temperaturen vor der Verbrennung, vor und nach Auskopplung eines Teils der durch die Verbrennung entstandenen Wärme über den Wärmeleitstab so wie an mindestens zwei Stellen auf oder im Wärmeleitstab gemessen werden,
die Gerätekonstante nach Verbrennung eines Testgases mit bekannten brenn technischen Kenndaten bestimmt wird,
die brenntechnischen Kenndaten, insbesondere Heizwert, Brennwert und/oder der Wobbeindizes aus den gemessenen Temperaturen und der ermittelten Gerätekonstante abgeleitet werden und
die erzielten Ergebnisse gespeichert und/oder dokumentiert werden.1. A method for determining the technical characteristics of gases, in particular fuel gases, characterized in that
a constant gas flow with excess air is completely burned in a suitable apparatus,
with a constant, tempered additional air flow, the exhaust gas temperature can be variably adjusted within certain limits,
part of the heat generated is extracted from the exhaust gas flow via a cooled heat conducting rod,
the temperatures before the combustion, before and after extraction of part of the heat generated by the combustion are measured via the heat conducting rod, as at at least two places on or in the heat conducting rod,
the device constant is determined after combustion of a test gas with known combustion characteristics,
the firing characteristics, in particular the calorific value, the calorific value and / or the wobble indices are derived from the measured temperatures and the determined device constant and
the results obtained are saved and / or documented.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001129065 DE10129065A1 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Fuel gas combustion characteristic measurement system uses temperature measurements |
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| DE10129065A1 true DE10129065A1 (en) | 2002-12-19 |
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| DE (1) | DE10129065A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9851317B2 (en) | 2013-02-19 | 2017-12-26 | Continental Automotive Gmbh | Device for ascertaining a measure of a caloric value of a gas |
-
2001
- 2001-06-15 DE DE2001129065 patent/DE10129065A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9851317B2 (en) | 2013-02-19 | 2017-12-26 | Continental Automotive Gmbh | Device for ascertaining a measure of a caloric value of a gas |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |