DE1295236B

DE1295236B - Calorimeter for the automatic and continuous determination of the calorific value of fuel gases

Info

Publication number: DE1295236B
Application number: DEV25326A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Peter; Scheffler
Original assignee: JUNKALOR VEB
Current assignee: JUNKALOR VEB
Priority date: 1964-02-06
Filing date: 1964-02-06
Publication date: 1969-05-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Kalorimeter zur automatischen und kontinuierIichen Bestimmung des Heizwertes von Brenngasen durch Messung der Erwärmung eines mittels eines Durchflußreglers konstant gehaltenen Wasserstromes durch einen Wärmeaustauscher, in dem ein Brenner für das Brenngas angeordnet ist, dessen Volumenstrom durch einen Gasdruckregler und einen diesen steuernden Gasdichtemesser geregelt ist, der über eine Zweigleitung an die zum Brenner führende Brenngasleitung angeschlossen ist. The invention relates to a calorimeter for automatic and continuous Determination of the calorific value of fuel gases by measuring the heating of a medium a flow regulator kept constant water flow through a heat exchanger, in which a burner is arranged for the fuel gas, the volume flow of which through a Gas pressure regulator and a gas density meter controlling this is regulated, which is via a branch line is connected to the fuel gas line leading to the burner.

Zur genauen Bestimmung und laufenden Registrierung des Heizwertes von Brenngasen sind bisher Kalorimeter mit umfangreichen Volumenmeßgeräten sowohl für das zur Verbrennung kommende Gas als auch für das als Wärmeträger dienende Wasser bekannt. Die Volumenmeßgeräte arbeiten so zusammen, daß das Volumenverhältnis Gas zu Wasser konstant gehalten wird. For the exact determination and ongoing registration of the calorific value of fuel gases are so far both calorimeters with extensive volumetric instruments for the gas to be burned as well as for the water used as a heat transfer medium known. The volumetric instruments work together so that the volume ratio is gas is kept constant to water.

Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der ein intermittierend von Wasser verdrängtes Gasvolumen direkt im Brenner verbrennt und die erzeugte Wärme an die diesem Volumen proportionale Wassermenge abgegeben wird, so daß die Temperaturerhöhung des Wassers das Maß für den Heizwert des Gases darstellt. Hier bestimmt also die Volumenverdrängung den Gasausfluß aus dem Brenner. Mit diesem Prinzip sind jedoch Nachteile verbunden: Um beim Neuansaugen des Gases die Verbrennung nicht zu unterbrechen, sind umständliche Umschaltungen erforderlich. Außerdem kann erst nach einer gewissen Beharrung bei der Neuverdrängung, praktisch gegen Ende des Füllhubes, die Registrierung eingeschaltet werden, was wiederum umständliche Einrichtungen erfordert. Ferner muß die Gasdichte in einem weiteren Meßvorgang mit dem Verdrängungsgefäß ermittelt werden. It is also known a device in which an intermittent Gas volume displaced by water burns directly in the burner and the heat generated is delivered to the amount of water proportional to this volume, so that the temperature increase of the water represents the measure for the calorific value of the gas. So here determines the Volume displacement the gas outflow from the burner. However, with this principle Associated disadvantages: In order not to interrupt the combustion when the gas is sucked in again, cumbersome switchovers are required. In addition, can only after a certain Persistence in the new displacement, practically towards the end of the filling stroke, the registration be switched on, which in turn requires cumbersome facilities. Further the gas density must be determined in a further measuring process with the displacement vessel will.

Schließlich können auch Gasarten sehr verschiedenenHeizwertes, z. B. Armgas mit etwa 1500 Kcal/m3 und Reichgas mit etwa 24000 bis 30 000 Kcal/m3 keinesfalls im gleichen Gerät gemessen, sondern es müssen von Meßbereich zu Meßbereich unterschiedliche Zusatzbehälter vorgesehen werden, um den Brennraum des Wärmeaustauschers weder zu überlasten, noch unterzubelasten. Finally, types of gas with very different calorific values, e.g. B. lean gas with about 1500 Kcal / m3 and rich gas with about 24000 to 30,000 Kcal / m3 by no means measured in the same device, but must differ from measuring range to measuring range Additional tanks are provided in order not to either the combustion chamber of the heat exchanger overload, still underload.

Andererseits stößt der Ersatz der Volumenmessung des Gases und des Wassers durch geeichte Blenden und Differenzdruckregelung bisher auf die Schwierigkeit, daß die mit der Dichte sich ändernde Volumenausströmung des Gases nur sehr umständlich und unzulänglich kompensiert werden kann und für eine gleichzeitige genaue Angleichung an Schwankungen des Wasserdurchflusses noch keine Lösung bekannt geworden ist Um den Einfluß von Dichte schwankungen auszugleichen, benutzt man beispielsweise eine Nebenabströmung über ein Stehrohr, die durch den Auftrieb des leichteren Gases gesteuert wird und infolge der Dichteabhängigkeit des Auftriebes kompensierend abgestimmt werden kann. Diese Einrichtung, die keine - Kompensation auf Normalzustand ermöglicht, funktioniert auch nur für Gase, die erheblich leichter als Luft sind. Ferner ist diese Einrichtung außerordentlich störanfällig in bezug auf Raumdruckschwankungen. On the other hand, the replacement of the volume measurement of the gas and the Water through calibrated orifices and differential pressure control so far on the difficulty that the volumetric outflow of the gas, which changes with the density, is very cumbersome and can be inadequately compensated and for a simultaneous accurate equalization No solution has yet become known to fluctuations in the water flow To compensate for the influence of density fluctuations, one uses, for example, one Secondary outflow via a standpipe, which is controlled by the buoyancy of the lighter gas and due to the density dependency of the buoyancy compensated adjusted can be. This facility, which does not allow - compensation to normal state, also only works for gases that are considerably lighter than air. Furthermore is this device is extremely susceptible to failure in terms of room pressure fluctuations.

Um den Dichteeinfluß dadurch auszugleichen, daß man das Druckgefälle in der Gasdosierdüse proportional zur Dichte selbst erhält, sind auch mit konstanter Drehzahl laufende Schleudergebläse bekannt, deren Enddruck bei Durchströmung mit dem Meßgas sich proportional zur Gasdichte ergeben soll, wobei das Gas entweder direkt mit diesem Druck oder über einen von ihm gesteuerten Regler mit einem dem Gebläsedruck proportionalen Druck durch die Gasdosierdüse geschickt wird. In order to compensate for the influence of density by reducing the pressure gradient in the gas metering nozzle proportional to the density itself, are also with constant Speed of running centrifugal fan known, their final pressure when flowing through with the gas to be measured should be proportional to the gas density, the gas being either directly with this pressure or via a regulator controlled by him with a dem Fan pressure proportional pressure is sent through the gas metering nozzle.

Abgesehen davon, daß hier - ebenso wie bei der vorher genannten Einrichtung - eine Angleichung an Wasserdurchflußschwankungen nicht möglich ist, wirken sich die ohne außergewöhnlichen nicht vertretbaren Aufwand nicht zu vermeidenden Drehzahlschwankungen des Gebläses direkt proportional auf den Mengenstrom des Gases aus. Lediglich mit Luft als Wärmeträger kann, sofern sie mit einem auf gleicher Welle mit dem Gebläse angeordneten Schleuderrad gefördert wird, eine Angleichung erreicht werden. Apart from the fact that here - as with the previously mentioned facility - an adjustment to water flow fluctuations is not possible, have an effect the speed fluctuations that cannot be avoided without extraordinary, unjustifiable effort of the fan is directly proportional to the volume flow of the gas. Only with Air can be used as a heat transfer medium, provided it is on the same shaft as the fan arranged centrifugal wheel is promoted, an alignment can be achieved.

Aber auch diese Einrichtungen erreichen keine hohen Genauigkeiten, weil die Wärmeübertragung in keinem Falle so vollständig und fehlerfrei, wie bei den Wasserkalorimetern erreicht werden kann. But even these facilities do not achieve high levels of accuracy, because the heat transfer is in no case as complete and error-free as with the water calorimeters can be achieved.

Außerdem ist die Durchströmung solcher Gebläse nur relativ langsam möglich, so daß beachtliche Anzeigeverzögerungen von mehr als 10 Minuten auftreten können.In addition, the flow through such fans is relatively slow possible, so that considerable display delays of more than 10 minutes occur can.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein automatisch und kontinuierlich arbeitendes Kalorimeter zu schaffen, das die gleiche Meßgenauigkeit wie die Wasserkalorimeter mit den aufwendigen Volumenmeßgeräten aufweist. The invention is therefore based on the object of an automatic and to create a continuously operating calorimeter that has the same measurement accuracy like the water calorimeter with the complex volumetric measuring devices.

Das wird erfindungsgemäß bei einem Kalorimeter der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Gasdichtemesser in an sich bekannter Weise aus einem Verdrängungsgefäß mit einer in dessen oberem Teil angeordneten einstellbaren Ausströmdrossel besteht, daß die von der Brenngasleitung zu dem Verdrängungsgefäß führende Zweigleitung eine automatische Rückstromsperre aufweist, und daß das Verdrängungsgefäß - an dem Wasserauslauf des Wärmeaustauschers angeschlossen ist sowie ein das Wasser periodisch absaugendes Heberrohr aufweist, dessen Auslauf in ein Gefäß mündet, in dessen Boden sich eine den zeitlichen Ablauf bestimmende Ausströmöffnung befindet und das ein als Tauchrohr ausgebildetes Endrohr einer Steuerleitung zu einer bei einem vorgegebenen Wasserdruck sperrenden Rückstromsperre umschließt, die mit einer weiteren in Reihe geschalteten Rückstromsperre, die vom Wasserdruck in dem Verdrängungsgefäß über eine in dessen Boden mündenden Steuerleitung schließbar ist, in der Steuerleitung zwischen dem Gasdruckregler und dem Verdrängungsgefäß liegt. According to the invention, this is the case mentioned at the outset for a calorimeter Kind achieved in that the gas density meter in a known manner from a Displacement vessel with an adjustable outflow throttle arranged in its upper part consists that the branch line leading from the fuel gas line to the displacement vessel has an automatic non-return valve, and that the displacement vessel - on the The water outlet of the heat exchanger is connected and the water is periodically connected has suction siphon pipe, the outlet of which opens into a vessel in the bottom there is an outflow opening that determines the timing and that a designed as a dip tube tail pipe of a control line to a given one Water pressure blocking non-return valve encloses that with another in series switched non-return valve, which is caused by the water pressure in the displacement vessel a control line opening into the bottom thereof can be closed in the control line between the gas pressure regulator and the displacement vessel.

Die vorliegende Erfindung benutzt eine Zweigmenge des Brenngases, die nicht an der Verbrennung im Wärmeaustauscher beteiligt ist, und läßt diese von dem gleichmäßig fließendem Wasser aus einem geschlossenen Behälter über eine einstellbare Drossel verdrängen, so daß sich hierbei im Behälter bzw. vor der Drossel der Druck ausbildet, welcher der Dichte proportional ist. Mit Hilfe von Rückstromsperren ist es nun möglich, diesen Druck ständig in der Steuerkammer des Gasdruckreglers, d. h. also, als den den Gasdruck bestimmenden Druck auf der Reglermembran kontinuierlich bestehen zu lassen und damit auch einen gleichmäßigen und nicht intermittierenden Gasstrom zur Brennerdüse hin aufrecht zu erhalten. Den enormen Unterschieden in den Heizwerten der praktisch vorkommenden Brenngase kann sich das Gerät sehr einfach, nur durch unterschiedliche Öffnungsquerschnitte der Brennerdüse, anpassen. The present invention uses a branch amount of the fuel gas, which is not involved in the combustion in the heat exchanger, and lets this off the evenly flowing water from a closed container via an adjustable Displace the throttle, so that the pressure in the container or in front of the throttle which is proportional to the density. With the help of non-return valves is it is now possible to keep this pressure constantly in the control chamber of the gas pressure regulator, d. H. that is, continuously as the pressure on the regulator diaphragm that determines the gas pressure to be allowed to exist and thus also an even and non-intermittent To maintain gas flow towards the burner nozzle. The huge differences in the calorific values of the practically occurring fuel gases can the Device very simple, only through different opening cross-sections of the burner nozzle, adjust.

Dieses Prinzip erreicht also bezüglich des Ausgleiches des Dichteeinflusses auf die Ausströmung aus der Brennerdüse eines Heizwertkalorimeters mit gleichmäßigen Wasserdurchfluß als Wärmeträgerstrom durch eine prozentual gleichgroße Erhöhung des Druckgefälles in der Düse, also hier des Überdruckes vor der Brennerdüse eine sehr einfache und schnelle Art der Erzeugung des der jeweiligen Dichte angepaßten Überdruckes. This principle thus achieves with regard to the compensation of the influence of density on the outflow from the burner nozzle of a calorific value calorimeter with uniform Water flow as heat transfer medium through an increase of the same percentage of the pressure gradient in the nozzle, i.e. here the overpressure in front of the burner nozzle very simple and fast way of generating the one adapted to the respective density Overpressure.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention is based on the drawing of an exemplary embodiment explained in more detail.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung. The figure shows a schematic representation of the invention Furnishings.

Ein Druck- bzw. Differenzdruckregler 1 regelt genau proportional zu dem Druck, der statt der üblichen Federspannung als pneumatischer Druck auf die Reglermembran 2 übertragen wird. Dieser Druck wird dadurch erzeugt, daß das aus dem Wärmeaustauscher 3 abfließende Wasser, dessen Durchfluß durch einen vorgeschalteten Durchflußregler 4 genau konstant gehalten wird, in ein geschlossenes, senkrechtes zylindrisches Verdrängungsgefäß 5 geleitet wird, aus welchem es das vorher eingeleitete Gas über eine einstellbare Drossel 6 verdrängt. In dem Verdrängungsgefäß 5 ist ein Heberrohr 7 angebracht, durch das das einströmende Wasser jeweils nach dem Erreichen der Überlaufhöhe abgesaugt wird. Die Gaseinströmung in das Verdrängungsgefäß 5 erfolgt über einen Vordruckregler 8 und eine vorteilhaft als Flüssigkeitssperre 9 ausgebildete Rückstromsperre. A pressure or differential pressure regulator 1 controls exactly proportionally to the pressure that, instead of the usual spring tension, acts as a pneumatic pressure on the Regulator diaphragm 2 is transferred. This pressure is created by the fact that the the heat exchanger 3 flowing water, whose flow through an upstream Flow controller 4 is kept exactly constant, in a closed, vertical cylindrical displacement vessel 5 is passed, from which it the previously introduced Gas displaced via an adjustable throttle 6. In the displacement vessel 5 is a Siphon pipe 7 attached, through which the inflowing water each time after reaching the overflow height is sucked off. The gas flows into the displacement vessel 5 Via a pre-pressure regulator 8 and an advantageously designed as a liquid barrier 9 Non-return valve.

In die Druckleitung von dem Verdrängungsgefäß 5 zu der Reglermembran 2 sind zwei weitere, vorteilhaft als Membranventile ausgebildete Rückstromsperren 10 und 11 mit eingebaut. Zur Sperrung des Membranventils 10 wird der Bodendruck im Verdrängungsgefäß 5 über die Leitung 12 unter die Membran geleitet und der Zeitpunkt der Sperrung durch die Höhenlage der Membran der Sperreinrichtung gegenüber der Spiegelhöhe des ansteigenden Wassers bestimmt. Zur Sperrung des zweiten Membranventils 11 wird der sich in einem Tauchrohr 13 ausbildende Druck über die Leitung 14 unter die Membran geleitet. Das Tauchrohr 13 ist von einem Gefäß 15 umschlossen, in welches das aus dem Heberrohr 7 abströmende Wasser einfließt. Der Abschluß erfolgt über eine im Boden des Gefäßes 15 befindliche Öffnung 16, die so dimensioniert ist, daß eine gewünschte Zeit bis zum vollständigen Abfluß und damit Wiederöffnung des Membranventils 11 vergeht. Somit erfolgt die Druckgebung auf die Reglermembran nur während eines bestimmten Intervalls, welche dadurch in eine möglichst gleichmäßige Anstiegsperiode gelegt werden kann.In the pressure line from the displacement vessel 5 to the regulator diaphragm 2 are two further non-return valves, advantageously designed as membrane valves 10 and 11 built in. The ground pressure is used to block the diaphragm valve 10 passed in the displacement vessel 5 via the line 12 under the membrane and the time the blocking by the height of the membrane of the locking device compared to the Determines the level of the rising water. To block the second diaphragm valve 11, the pressure developing in a dip tube 13 via the line 14 is below passed the membrane. The dip tube 13 is enclosed by a vessel 15 in which the water flowing out of the siphon pipe 7 flows in. The conclusion is via an opening 16 located in the bottom of the vessel 15 which is dimensioned so that a desired time until complete drainage and thus reopening of the diaphragm valve 11 passes. This means that pressure is applied to the regulator diaphragm only during one certain interval, which results in a rise period that is as uniform as possible can be laid.

Das Gas kann das Verdrängungsgefäß 5 - außer über die Ausströmdrossel durch eine Umschalteinrichtung, z. B. einen Dreiwegehahn 17, auch über eine geeichte Meßblende 18 verlassen. Die Eichwerte dieser Blende ergeben die genaue Abhängigkeit des sich im Verdrängungsgefäß 5 ausbildenden Druckes einmal von der Dichte des Gases, zum anderen von dem in der Zeiteinheit durchströmenden Volumen. The gas can pass through the displacement vessel 5 - except via the outflow throttle by a switching device, e.g. B. a three-way valve 17, also via a calibrated Leave orifice plate 18. The calibration values of this orifice result in the exact dependency the pressure developing in the displacement vessel 5 depends on the density of the gas, on the other hand from the volume flowing through in the unit of time.

Letzteres aber ist gleich der pro Zeiteinheit in dem Verdrängungsgefäß 5 fließenden Wassermenge, die durch Auffangen in ein Gefäß sehr genau bestimmt werden kann, so daß hiernach die Dichte aus dieser Menge und dem am Schrägrohr 31 ablesbaren Druck ermittelt werden kann. Wird nun in die GasleitUng, die über den Druck- bzw. Differenzdruckreglerl zum Brenner führt, zeitweise durch Umschalten des Dreiwegehahnes 19 eine Kontrollmeßstrecke 32 eingeschaltet, so stellt deren Differenzdruck 20 in Abhängigkeit von der vorhergehend ermittelten Dichte das genaue Einstellmaß für den Gasdurchfluß dar, der hiernach über die Druckgebung auf die Reglermembran mittels der verstellbaren Ausströmdrossel 6 eingestellt werden kann. Der auf diese Art gemessene Heizwert kann nun auf einfache, den mittleren Verhältnissen des Betriebsortes leicht anzupassende Art auf den Normalzustand von 0° C und 760 Torr reduziert werden, sofern er über die Messung eines durch die Erwärmung des Wassers erzeugten Thermostromes ermittelt wird. Hierdurch wird in den Thermostromkreis 21 ein Verstellwiderstand 22 eingeschaltet, der in an sich bekannter Art so eingerichtet ist, daß die Widerstandsänderung genau proportional zur Dehnung eines luftgefüllten Membrankörpers 23 erfolgt.The latter, however, is equal to that per unit of time in the displacement vessel 5 amount of flowing water, which can be determined very precisely by collecting it in a vessel can, so that afterwards the density can be read off from this amount and that on the inclined tube 31 pressure can be determined. Is now in the gas line, which via the pressure resp. Differential pressure regulator leads to the burner, temporarily by switching the three-way valve 19 a control measuring section 32 is switched on, its differential pressure 20 in Depending on the previously determined density, the exact setting dimension for represents the gas flow, which is then applied to the regulator diaphragm by means of pressure the adjustable outflow throttle 6 can be adjusted. The one measured in this way Calorific value can now easily be based on the average conditions of the place of operation type to be adjusted can be reduced to the normal state of 0 ° C and 760 Torr, provided he measured a thermal current generated by the heating of the water is determined. This creates an adjustment resistor in the thermal circuit 21 22 turned on, which is set up in a manner known per se so that the change in resistance takes place exactly proportional to the expansion of an air-filled membrane body 23.

Um ein schnelles Überprüfen des Wasserdurchlaufes zu ermöglichen, kann schließlich in bekannter Weise das Wasser nach Verlassen der eigentlichen kalorimetrischen Meßeinrichtung zeitweise über einen Umschalthahn 27 in ein senkrechtes Meßrohr 28 geleitet werden, aus welchem es über eine geeichte Düse 29 ausströmt. Die Höhe des über der Ausflußebene der Düse sich einstellenden Wasserspiegels ist dann ein genaues Maß für den Wasserdurchfluß. To enable a quick check of the water flow, can finally in a known way the water after leaving the actual calorimetric Measuring device temporarily via a switchover valve 27 into a vertical measuring tube 28 from which it flows out via a calibrated nozzle 29. The amount of the The water level above the outlet level of the nozzle is then an exact one Measure of the water flow.

Die beschriebene Anordnung hat weiterhin noch den Vorteil, daß geringfügige Änderungen des Wasserdurchflusses ebenfalls kompensiert werden, weil die sich ändernde Verdrängungsgeschwindigkeit den Überdruck vor der Drossel und damit den Gasdruck zusätzlich so ändern, daß das Verhältnis Gasvolumen zu Wasservolumen gleich bleibt. Somit kann der Meßwert auch dann nicht verfälscht werden, wenn die Regelung des Wasserdurchflusses geringfügige Schwankungen aufweist. The arrangement described also has the advantage that minor Changes in water flow are also compensated for because the changing Displacement speed the overpressure in front of the throttle and thus the gas pressure also change so that the ratio of gas volume to water volume remains the same. This means that the measured value cannot be falsified even if the control of the Water flow has slight fluctuations.

Claims

Claim: Calorimeter for automatic and continuous Determination of the calorific value of fuel gases by measuring the heating of a medium a flow regulator kept constant water flow through a heat exchanger, in which a burner is arranged for the fuel gas, the volume flow of which through a Gas pressure regulator and a gas density meter that controls this is regulated via a branch line is connected to the fuel gas line leading to the burner, characterized in that the gas density meter is made in a manner known per se a displacement vessel (5) with an adjustable one arranged in its upper part The outflow throttle (6) consists of the fuel gas line leading to the displacement vessel (5) leading branch line has an automatic non-return valve (9), and that the displacement vessel (5) is connected to the water outlet of the heat exchanger (3) and a siphon pipe (7) which periodically sucks off the water, the outlet of which opens into a vessel (15), in the bottom of which a time sequence is determined Outflow opening (16) is located and an end pipe designed as a dip tube (13) a control line (14) to one at a given water pressure blocking non-return valve (11) encloses which is connected in series with another Non-return valve (10) from the water pressure in the displacement vessel (5) via a control line (12) opening into the bottom thereof can be closed in the control line between the gas pressure regulator (2) and the displacement vessel (5).