DE4416203C2 - Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung strömt.

Mit flüssigen Brennstoffen betriebene Anlagen werden in der Regel über Leitungen mit den benötigten Brennstoffen ver­ sorgt. Das gilt insbesondere für Gasturbinen, denen bei­ spielsweise hochviskoses Schweröl zugeleitet wird.

Der Brennstoff, der zur Verfügung steht, kann Verunreinigun­ gen enthalten. Beispielsweise können im Brennstoff Natrium-, Kalium- oder auch Blei- und Magnesiumverbindungen vorhanden sein. Damit der Aufwand für mögliche Reinigungen des Brenn­ stoffes oder für die Bereitstellung von weniger verunreinig­ tem Brennstoff gering bleibt, wird die Verunreinigung des Brennstoffes in zeitlichen Abständen bestimmt. Erst dann, wenn eine über einem Maximalwert liegende Verunreinigung festgestellt wird, müssen geeignete Maßnahmen, wie z. B. der Einsatz eines reineren Brennstoffes, ergriffen werden.

Ein geeignetes Meßverfahren zum Erkennen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff ist aus dem veröffentlichten Vor­ trag "Comparison of Spectrometric Techniques for the Analysis of Liquid Gas Turbine Fuels", vorgetragen bei "International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition", Köln, 1. bis 4. Juni 1992, bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, daß eine spektrometrische Analyse von Gasturbinen-Brennstoffen vorgenommen wird, um Verunreinigungen zu erkennen. Dazu wer­ den einzelne Brennstoffproben gewonnen, die dann im Labor ausgewertet werden. Ein solches Meßverfahren ist zeitaufwen­ dig und ermöglicht daher Probennahmen nur in relativ großen zeitlichen Abständen. Zwischen zwei Probennahmen kann ein An­ stieg der Verunreinigung nicht erkannt werden.

Aus der DE-PS 11 83 719 ist eine Vorrichtung zur selbsttäti­ gen, diskontinuierlichen Probenentnahme von Flüssigkeiten aus Rohrleitungen bekannt. Die Probe gelangt dabei über eine ver­ schließbare Zuleitung in ein Meßgefäß. Von dort führt eine verschließbare Ableitung beispielsweise zu einem Analysege­ rät.

Aus der DE 36 21 514 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung von Fremdpartikeln in Rohöl bekannt. Dabei wird Rohöl von einer Bypaßleitung aus in eine Prüfkammer gesaugt. Dort werden Fremdkörper, z. B. Sandkörner, die sich in der Rohölprobe be­ finden, registriert. Anschließend wird die Rohölprobe in die Bypaßleitung zurückgefördert.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung strömt, anzugeben, die fast eine On-Line-Analyse ermöglicht. Dabei soll es möglich sein, auch die Schadstoffe pro Mengeneinheit zu bestimmen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung strömt, gelöst, bei der von der Brennstoffleitung eine verschließbare Zuleitung ausgeht, die in einen Behälter mit bekanntem Volumen einmündet, der Behälter mit einer Heizvorrichtung versehen ist und der Be­ hälter durch eine verschließbare Verbindungsleitung mit einem Analysegerät in Verbindung steht.

Mit dieser Einrichtung wird zunächst der Behälter, der ein bekanntes Volumen hat, vollständig mit Brennstoff gefüllt. Danach wird die Zuleitung verschlossen. Damit wird der Vor­ teil erzielt, daß man ein genau bestimmtes Volumen des Brenn­ stoffes zur Verfügung hat. Durch den Einsatz der Heizeinrich­ tung wird darüber hinaus der Vorteil erzielt, daß jede Brenn­ stoffprobe die gleiche Temperatur hat. Bei gleichbleibendem Druck ist dann gewährleistet, daß nicht nur die Probenvolumi­ na, sondern auch die Probenmengen bei jeder Probeentnahme gleich sind.

Außerdem wird mit der Heizvorrichtung der Vorteil erzielt, daß durch die Erwärmung des Brennstoffes dessen Viskosität abnimmt, so daß seine Fließeigenschaften verbessert werden.

Das bestimmte Brennstoffvolumen bzw. die bestimmte Brenn­ stoffmenge wird durch Öffnen der Verbindungsleitung vom Be­ hälter zum Analysegerät geleitet, wo in bekannter Weise der Anteil von Verunreinigungen bestimmt wird. Wegen der verbes­ serten Fließeigenschaften kann der Brennstoff vorteilhafter­ weise in kurzer Zeit zum Analysegerät gelangen. Die Schad­ stoffe einer Probe können folglich sehr schnell erfaßt werden und schon nach kurzer Zeit kann bereits eine andere Probe un­ tersucht werden.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung ist vorteilhafterweise eine fast kontinuierliche Erfassung der Schadstoffe im Brenn­ stoff möglich.

In die Verbindungsleitung zwischen dem Behälter und dem Ana­ lysegerät kann eine Mischkammer eingebunden sein, die mit ei­ nem Vorratsbehälter für ein Verdünnungsmittel in Verbindung steht. In dieser Mischkammer wird die Brennstoffprobe mit dem Verdünnungsmittel vermischt. Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Viskosität des Brennstoffs, der ein hochviskoses Schweröl sein kann, weiter herabgesetzt wird. Dadurch kann der Brennstoff noch leichter fließen und ist in einfacher Weise im Analysegerät zu analysieren.

Beispielsweise geht vom Vorratsbehälter für das Verdünnungs­ mittel eine verschließbare Verdünnungsmittelleitung aus, die in den Behälter mit bekanntem Volumen einmündet. Dieser Ver­ dünnungsmittelleitung ist eine Pumpe zugeordnet.

Nachdem der Behälter aus der Brennstoffleitung vollständig mit Brennstoff gefüllt worden ist und nachdem die Zuleitung für den Brennstoff verschlossen worden ist, wird die Verbin­ dungsleitung vom Behälter zum Analysegerät geöffnet. Außerdem wird die Verdünnungsmittelleitung geöffnet und die dort ange­ ordnete Pumpe wird in Betrieb genommen. Dadurch wird das Ver­ dünnungsmittel zunächst in den Behälter hinein gepumpt und verläßt zusammen mit der zunächst im Behälter enthaltenen Brennstoffprobe den Behälter über die Verbindungsleitung. Da­ durch, daß das Verdünnungsmittel bereits in den Behälter ge­ langt, wird schon dort die Fließfähigkeit des Brennstoffes verbessert. Die guten Fließeigenschaften des verdünnten Brennstoffes wirken sich in der gesamten Verbindungsleitung aus. Falls außerdem in die Verdünnungsleitung eine Mischkam­ mer eingebunden ist, ergeben sich sehr gute Fließeigenschaf­ ten, die eine zuverlässige Analyse gewährleisten.

Mit dem Behälter ist beispielsweise ein Abfallbehälter zur Aufnahme von nicht benötigtem Brennstoff verbunden. Damit wird der Vorteil erzielt, daß beim Füllen des Behälters aus der Brennstoffleitung der Behälter solange beschickt werden kann, bis Brennstoff in den Abfallbehälter hinein überläuft. Dadurch ist eine optimale Ausnützung des bekannten Volumens des Behälters gewährleistet. Da bei der späteren Analyse des Brennstoffs das Volumen der Brennstoffprobe möglichst exakt bekannt sein muß, ist ein optimales Füllen des Behälters für das Meßergebnis wesentlich.

Nach der Analyse im Analysegerät kann die nicht mehr benö­ tigte verdünnte Probe vom Analysegerät abgegeben werden.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird der Vorteil er­ zielt, daß in sehr kurzen Abständen der Schadstoffgehalt ei­ nes in einer Brennstoffleitung strömenden Brennstoffes be­ stimmt werden kann. Das ist auch möglich, wenn der Brennstoff ein hochviskoses Schweröl, beispielsweise ein Gasturbinen­ brennstoff, ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt dazu eine Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff nach der Erfin­ dung.

In einer Brennstoffleitung 1, die die Versorgungsleitung ei­ ner Gasturbine sein kann, fließt ein Brennstoff, beispiels­ weise ein hochviskoses Schweröl. Der Druck in der Leitung kann 30 bar (3·10⁶Pa) betragen und die Temperatur des Brenn­ stoffes kann 130°C sein. Um On-Line den Schadstoffgehalt des Brennstoffes in der Brennstoffleitung 1 bestimmen zu können, geht von der Brennstoffleitung 1 eine verschließbare Zulei­ tung 2 aus, die in einen Behälter 3 mit bekanntem Volumen einmündet. Dieser Behälter 3 steht über eine verschließbare Verbindungsleitung 4 mit einem Analysegerät 5 in Verbindung. In dem Analysegerät 5 wird eine spektrometrische Analyse des Brennstoffes durchgeführt.

Zum Bestimmen von Schadstoffen im Brennstoff wird zuerst die Verbindungsleitung 4 durch eine Armatur 4a geschlossen und die Zuleitung 2 wird durch die Armatur 2a geöffnet. Dadurch fließt Brennstoff aus der Brennstoffleitung 1 durch die Zu­ leitung 2 und füllt den Behälter 3. Danach wird die Armatur 2a geschlossen und die Armatur 4a wird geöffnet. Dann gelangt das bekannte Volumen des Brennstoffes, das sich im Behälter 3 befindet, von dort in das Analysegerät 5. Dort wird der Schadstoffgehalt bestimmt. Da das Volumen des Behälters 3 ge­ nau bekannt ist, kann die Schadstoffkonzentration in einer Volumeneinheit des Brennstoffes bestimmt werden. Dieser Wert gibt einen Hinweis darauf, ob der in der Brennstoffleitung 1 fließende Brennstoff für seinen Bestimmungszweck weiter ge­ eignet ist, oder ob ein anderer Brennstoff eingesetzt werden muß.

Damit die im Behälter 3 abgemessene Probe des Brennstoffes besser fließfähig ist, wird ein Verdünnungsmittel dem Brenn­ stoff beigemischt. Dieses Verdünnungsmittel ist in einem Vor­ ratsbehälter 6 gespeichert. Dieser Vorratsbehälter 6 steht über eine verschließbare Verdünnungsmittelleitung 7, die eine Pumpe 8 enthält, mit dem Behälter 3 in Verbindung. Während der Behälter 3 mit einer Brennstoffprobe gefüllt wird ist die Armatur 2a geöffnet und die Armatur 4a sowie eine Armatur 7a in der Verdünnungsmittelleitung 7 sind geschlossen. Nachdem der Behälter 3 gefüllt ist, wird die Armatur 2a geschlossen und die Armaturen 4a und 7a werden geöffnet. Außerdem wird die Pumpe 8 in Betrieb genommen. Dadurch gelangt Verdünnungs­ mittel aus dem Vorratsbehälter 6 in den Behälter 3 und der Brennstoff im Behälter 3 gelangt, indem er sich mit dem Ver­ dünnungsmittel vermischt, über die Verbindungsleitung 4 zum Analysegerät 5.

In die Verbindungsleitung 4 kann eine Mischkammer 9 eingebun­ den sein. Dort wird eine gute Vermischung des Brennstoffes mit dem Verdünnungsmittel erzielt. Das Verdünnungsmittel kann auch, was nicht dargestellt ist, direkt in die Mischkammer 9 eingespeist werden. Zum Transport des Brennstoffvolumens durch die Verbindungsleitung 4 kann dort eine Pumpe vorhanden sein.

Der Behälter 3 kann mit einer Heizvorrichtung 10 ausgestattet sein. Dadurch ist gewährleistet, daß die Temperatur des Be­ hälters 3 und damit des Brennstoffvolumens im Behälter 3 bei jeder Probennahme gleich ist. Folglich erhält man in einfa­ cher Weise nicht nur gleiche Probenvolumina, sondern auch gleiche Probenmengen, sofern auch der Druck im Behälter 3 gleich bleibt. Das kann dadurch gewährleistet sein, daß der Behälter 3 zur Umgebung offen ist, so daß im Behälter 3 der Umgebungsdruck (äußerer Luftdruck) herrscht. Außerdem wird durch die Beheizung des Behälters 3 die Fließeigenschaft des Brennstoffes im Behälter 3 verbessert.

Zusätzlich kann der Behälter 3 in einem wärmeisolierten Ge­ häuse 11 angeordnet sein.

Damit ein möglichst vollständiges Füllen des Behälters 3 mit Brennstoff möglich ist, geht vom Behälter 3 eine Überlauflei­ tung 12 aus, die in einen Abfallbehälter 13 mündet. Falls durch die Zuleitung 2 zu viel Brennstoff zum Behälter 3 ge­ langt, fließt der überschüssige Brennstoff in den Abfallbe­ hälter 13 hinein ab.

Das als solches bekannte Analysegerät 5 kann über eine Mehr­ wegarmatur 14 mit der Verbindungsleitung 4 und zu Vergleichs­ messungen mit Vorratsbehältern 15, 16 für Standardsubstanzen und auch mit dem Vorratsbehälter 6 für das Verdünnungsmittel verbunden sein.

Zur Ableitung der untersuchten Probe weist das Analysegerät 5 eine Ableitung 17 auf.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung können in kurzen Ab­ ständen Brennstoffproben aus der Brennstoffleitung 1 analy­ siert werden.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüs­ sigen Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung (1) strömt, bei der von der Brennstoffleitung (1) eine verschließbare Zuleitung (2) ausgeht, die in einen Behälter (3) mit bekanntem Volumen ein­ mündet, der Behälter (3) mit einer Heizvorrichtung (10) versehen ist und der Behälter (3) durch eine verschließbare Verbindungsleitung (4) mit einem Analysegerät (5) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (4) eine Mischkammer (9) eingebunden ist, die mit einem Vorratsbehälter (6) für ein Verdünnungs­ mittel in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Vorratsbehälter (6) eine verschließbare Verdünnungsmittellei­ tung (7) ausgeht, die in den Behälter (3) einmündet, und daß der Verdünnungsmittelleitung (7) eine Pumpe (8) zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) mit einem Abfallbehälter (13) zur Aufnahme von nicht benötigtem Brennstoff verbunden ist.