DK176920B1 - Fremgangsmåde og apparat til analyse af partikelholdige gasser - Google Patents

Description

i DK 176920 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til analyse af partikelholdige gasser udtrukket fra et procesanlæg, såsom procesgasser fra et mineralanlæg, hvor de udtrukne partikelholdige gasser indføres i et kammer, hvor de bringes i rotation, således at partiklerne under indvirkning af centrifugalkraften 5 adskilles fra gasserne og slynges mod kammerets væg, og hvor gasserne og partiklerne efterfølgende bortledes fra kammeret. Opfindelsen angår endvidere et apparat til udøvelse af fremgangsmåden.

I produktionsprocesser, der involverer et højt brændstofforbrug, såsom processer 10 i cementproduktion, er det vigtigt at kende sammensætningen af gasserne, der er til stede under processen. Viden om sammensætningen af gasserne er vigtig af flere grunde. Bl.a. for at kunne optimere forbrændingsprocessen, for at forhindre farlige processituationer, for at reducere emissionen, for at forbedre kvaliteten af produktet samt for beskyttelse af udstyret i procesanlægget, 15

Den nuværende metode til at analysere procesgasserne indebærer, at der udtages en prøve fra procesanlægget, hvorefter prøven filtreres, da de sensorer, der skal analysere gasserne, skal måle på rene gasser. Det vil altid være nødvendigt med en rensning af filtrene, normalt cirka hver tiende minut, hvilket 2 0 betyder, at analysen ikke kan foregå kontinuert, da rensningen kræver et ophold af analysen på omkring 30 sekunder. Hvis der er mange partikler i gasserne vil det desuden være meget vanskeligt eller umuligt at holde filterne rene, hvilket vil bidrage til en forringelse af analysen af gasserne. Metoden til analyse af procesgasserne kompliceres yderligere af, at sammensætningen af gasserne 25 ændrer sig over tid og efter temperatur. Derfor er det vigtigt, at prøven hurtigt kommer fra procesanlægget til de sensorer, der skal analysere sammensætningen af gasserne, hvilket betyder, at partiklerne hurtigt skal adskilles fra de gasser, der skal analyseres. Den beskrevne metode vil typisk have en reaktionstid (den totale tid fra prøveudtagning til udført måling) på 30-90 30 sekunder, hvilket er et væsentligt problem, bl.a. når analysen skal benyttes til at beskytte et elektrofilter. Den høje reaktionstid kan nemlig betyde, at man ikke hurtigt nok kan nå at reagere på sammensætningen af gasserne, hvorved 2 DK 176920 B1 elektrofiIteret kan blive beskadiget. For at kunne beskytte elektrofilteret skal reaktionstiden være under 5 sekunder.

Et anlæg af den i indledningen nævnte type kendes fra det amerikanske patent 3 5 070 990. Her bliver partikelholdige gasser udtrukket fra et procesanlæg, hvorefter de indføres i en cyklon, hvor de bringes i rotation, således at partiklerne under indvirkning af centrifugalkraften adskilles fra gasserne og slynges mod cyklonens væg. Gasserne bortledes gennem et udløb i toppen af cyklonen og partiklerne bortledes gennem et udløb I bunden af cyklonen til en prøveudtagningsbeholder, 10 der kan skrues af, så prøven kan udtages og analyseres. Efter gasserne er ledt ud af toppen af cyklonen kan de ledes til en enhed der analysere dem. Analysen af gasserne foretages således først, når de er ledt ud af cyklonen og ført til en separat analyseenhed. Dette betyder, at tiden fra prøven bliver udtaget til den bliver analyseret vil være forholdsvis lang, hvilket er et problem, bl.a. fordi 15 sammensætningen af gasserne ændrer sig over tid og efter temperatur. Efter endt analyse af gasserne bliver de ledt ud i atmosfæren, hvilket medfører et energitab, da varmeenergien i gassen ikke udnyttes. Derudover vil gasserne ofte være forurenende, hvorfor det er problematisk at lede dem direkte ud i atmosfæren. Desuden vil processen ikke være kontinuert, da 2 0 prøveudtagningsbeholder skal skrues af og tømmes, når den er fyldt op.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe såvel en fremgangsmåde som et apparat, hvor ovennævnte ulemper elimineres eller reduceres væsentligt.

25

Dette opnås med en fremgangsmåde af den i indledningen angivne art, og som er kendetegnet ved, at gasserne analyseres i en central del af kammeret, mens gassen og partiklerne er adskilt.

30 Apparatet ifølge opfindelsen til analyse af partikelholdige gasser udtrukket fra et procesanlæg, omfatter et kammer og midler til at indføre de partikelholdige gasser i kammeret og midler til at bringe de partikelholdige gasser i rotation, således at partiklerne under indvirkning af centrifugalkraften adskilles fra 3 DK 176920 B1 gasserne og slynges mod kammerets væg samt midler til at lede gasserne og partiklerne bort gennem mindst et udløb. Apparatet er kendetegnet ved, at det omfatter midler, der analyserer gasserne i en central del af kammeret, mens partiklerne og gasserne er adskilt.

5

Ved såvel fremgangsmåden som apparatet ifølge opfindelsen opnås herved, at reaktionstiden for analysen af gasserne bliver meget lille, eftersom både gas/partikel adskillelsen og analysen af gasserne sker i selve kammeret, hvor den partikelholdige gas indføres. Forsøg har vist, at reaktionstiden kan komme 10 under 5 sekunder, hvilket er en markant forbedring i forhold til reaktionstiden for de analysesystemer, der benyttes i dag.

I princippet kan gasserne analyseres for indholdet af alle typer af gasarter, da metoden er uafhængig af gasarten. Dog vil det typisk være relevant at analysere 15 indholdet af f.eks. CO, CH4, 03Ηβ, NOx eller 02 i gasserne. 1 en foretrukken udførelsesform føres gassen efter endt analyse sammen med partiklerne og bortledes fra kammeret gennem et fælles udløb. Da analysen af gassen er foretaget direkte i kammeret, mens partiklerne og gasserne er adskilt 20 er det ikke nødvendig med separate udløb, da adskillelse herefter ikke er nødvendig. Desuden er et fælles udløb fordelagtigt med hensyn til bortledningen, da den derved kan ske på enklere måde, end hvis den skulle foregå gennem flere separate udløb. Efter bortledningen gennem det fælles udløb kan gas/partikel blandingen ledes tilbage til procesanlægget. Herved vil hele 25 processen blive kontinuert og varmeenergien i gasserne og materialet i den udtrukne prøve vil blive returneret til procesanlægget. Det foretrækkes her, at gas/partikel blandingen ledes tilbage til procesanlægget et sted, der er placeret efter indløbet {set i forhold til gasstrømmen i procesanlægget) til kammeret, så den samme gas ikke udtages til analyse igen. Ved at returnere den udtrukne 30 prøve til procesanlægget opnås desuden, at gasserne føres gennem procesanlæggets renseudstyr, så det ikke er nødvendigt med separat udstyr til rensning af de udtrukne gasser, før de bliver lukket ud i atmosfæren.

4 DK 176920 B1

Midlerne til at lede gassen og partiklerne bort kan i princippet udgøres af hvilke som helst egnede midler, så længe de kan lede gassen og partiklerne bort fra kammeret. Det foretrækkes, at de samme midler ydermere er i stand til at suge den partikelholdige gas ind i kammeret, således at det ikke er nødvendigt med 5 yderligere midler til dette formål. Midlerne kan omfatte en ventilator, der enten er placeret før eller efter kammeret. Det foretrækkes imidlertid, at midlerne omfatter en ejektor placeret i udløbet, således at ejektoren, udover at lede gas/partikel blandingen bort fra kammeret, også suger den partikelholdige gas ind i kammeret. En yderligere fordel ved at benytte en ejektor er, at der ikke er noget 10 nævneværdigt slid ved benyttelse af en sådan. Det foretrækkes, at ejektoren bliver drevet med så varm luft, at overfladetemperaturen på ejektoren overstiger 100°C, således at svovlkondensering på ejektoren undgås.

Midlerne til at bringe de partikelholdige gasser i rotation kan omfatte hvilke som 15 helst egnede midler, så længe de er i stand til at bringe de partikelholdige gasser i rotation. Eksempelvis kan midlerne omfatte et antal fastegjorte anordninger i den øvre del af kammeret, hvor anordningerne er udformet og placeret således, at de indførte partikelholdige gasser, der kan indføres i toppen eller i siden af den øvre del af kammeret, tvinges til rotation. Det fortrækkes dog, at midlerne 2 o omfatter et tangentielt indløb, der er forbundet med den øvre del af kammeret. Et sådant indløb, der er almindeligt kendt fra cyklonseparatorer, vil bevirke at de partikelholdige gasser bringes i rotation i kammeret, når de bliver indført med tilstrækkelig hastighed.

25 Det foretrækkes, at den del af kammeret, hvor adskillelsen af gasserne og partiklerne foregår, er rotationssymmetrisk og udformet cirkelcylindrisk. Det foretrækkes desuden, at kammeret omfatter en konisk del, der omfatter et udløb. Desuden foretrækkes det, at forholdet og dimensioner for indløb og udløb samt for den cirkelcylindriske del og den koniske del af kammeret er i 3 o overensstemmelse med kendte principper fra opbygning af cyklonseparatorer.

Midlerne til analyse af gasserne i den centrale del af kammeret, mens partiklerne og gasserne er adskilt, kan i princippet udgøres af hvilket som helst egnede ϊ 5 DK 176920 B1 midler. Det foretrækkes dog, at midlerne omfatter laserenheder, omfattende en sender og en modtager, til analyse af gasserne. Ved måling med laserenheder kan målingsprincippet "infered single-line absorbtion spectroscopy” benyttes, hvorved det udnyttes, at hver gas har forskellige absoptionslinier ved specifikke 5 bølgelængder. Ved anvendelse af laserenheder foretrækkes det, at de kan tilvejebringe en smal fokuseret stråle for ikke at få afbøjning eller tab i midlerne, der omslutter laserstrålerne ind til den centrale del af kammeret. Midlerne til analyse af gasserne i den centrale del af kammeret kan i princippet måle i alle tænkelige vinkler i kammeret. Det fortrækkes dog, at midlerne placeres, så de 10 måler horisontalt ind i kammeret.

Kammeret kan placeres i forhold til procesanlægget, så dets centerlinie er parallel med det vertikale plan. Derudover kan kammeret vinkles i forhold til det vertikale plan. Hvis kammeret vinkles fortrækkes det, at vinklen mellem 15 kammerets centerlinie og det vertikale plan er mellem 0° og 90°. Herved opnås det, at måleafstanden (afstanden i kammeret mellem midlerne til analyse af gasserne) tværs gennem kammeret kan blive den sammen som ved et kammer placeret vertikalt, selvom kammerets diameter mindskes. En mindre diameter af kammeret vil føre til en hurtigere reaktionstid, da kammerets volumen, og derved 20 gennemstrømningen af gas, mindskes. Reaktionstiden er i høj grad afhængig af gennemstrømningen af gas, således at en lavere gennemstrømning af gas vil resultere i en hurtigere reaktionstid. En yderligere fordel ved at vinkle kammeret i forhold til det vertikale plan er, at udløbets vinkel i forhold til det sted i procesanlægget, hvor gas/partikel blandingen skal føres tilbage til, kan mindskes.

25 Dette vil resultere i, at tryktabet igennem udløbet kan mindskes.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der er skematisk, og hvor 30 Fig. 1 viser et udsnit af et procesanlæg omfattende et apparat ifølge opfindelsen til analyse af partikelholdige gasser udtrukket fra procesanlægget, og

Fig. 2 viser en anden udførelsesform af apparatet ifølge opfindelsen.

6 DK 176920 B1 I figur 1 ses et udsnit af et procesanlæg 1, hvor et ovnanlæg 2 er forbundet til et afgangsrør 3, hvorfra der via et indløb 4 udtrækkes en partikelholdig gas fra procesanlægget 1. De udtrukne partikelholdige gasser ledes via indløbet 4 til et 5 kammer 5, hvori de indføres med tilstrækkelig hastighed til at de bringes i rotation, således at partiklerne under indvirkning af centrifugalkraften adskilles fra gasserne og slynges mod kammerets væg 6. Rotationen af de partikelholdige gasser opnås eftersom indløbet 4 er placeret tangentielt i den øvre del af kammeret 5. Kammeret 5 er udformet som kammeret i en cyklonseparator med 10 en øvre cirkelcylindrisk del og en nedre konisk del, der munder ud i et udløb 7. Imens gasserne og partiklerne er adskilt analyseres gassen i en central del af kammeret 5. Analysen foretages af laserenheder omfattende en lasersender 8 og en lasermodtager 9, der begge går gennem kammerets væg 6 og igennem laget af partikler indvendigt på kammerets væg 6. Både sender 8 og modtager 9 15 er ført igennem rør 10, der går gennem kammerets væg 6 og igennem laget af partikler. Efter endt analyse føres gassen og partiklerne igen sammen og bortledes fra kammeret 5 gennem det fælles udløb 7. Efterfølgende bliver gas/partikel blandingen ledt tilbage til afgangsrøret 3 i en position, der er placeret efter indløbet 4 til kammeret 5, så den samme gas ikke udtages til analyse igen.

20 En ejektor 11 placeret i udløbet 7 sørger både for at suge den partikelholdige gas ind i kammeret 5 og for at føre gas/partikel blandingen tilbage til afgangsrøret 3. Herved vil hele processen med udtrækning og analyse blive kontinuert. Desuden vil varmeenergien samt materialet i de udtrukne partikelholdige gasser blive returneret til procesanlægget.

25 I figur 2 ses en anden udførelsesform af apparatet, hvor kammerets 5 centerlinie 12, er vinklet i forhold til det vertikale plan. Herved opnås det, at måleafstanden tværs gennem kammeret 5 kan blive den sammen som ved et kammer placeret vertikalt, selvom kammerets 5 diameter mindskes. En mindre diameter af 30 kammeret 5 fører til en hurtigere reaktionstid, da kammerets 5 volumen, og derved gennemstrømningen af gas, mindskes. Desuden opnås det, at udløbets 7 vinkel i forhold til afgangsrøret 3, hvor gas/partikel blandingen føres tilbage til, mindskes, hvorved tryktabet igennem udløbet 7 mindskes. Lasersender 8 og DK 176920 B1 a 7 lasermodtager 9 er positioneret horisontalt i det vinklede kammer. De kan dog også vinkles i forhold til det horisontale plan,

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til analyse af partikelholdige gasser udtrukket fra et procesanlæg (1), såsom procesgasser fra et mineralanlæg, hvor de udtrukne 5 partikelholdige gasser indføres i et kammer (5), hvor de bringes i rotation, således at partiklerne under indvirkning af centrifugalkraften adskilles fra gasserne og slynges mod kammerets væg (6), og hvor gasserne og partiklerne efterfølgende bortledes fra kammeret (5) kendetegnet ved, at gasserne analyseres i en central del af kammeret (5), mens gasserne og partiklerne er 10 adskilt.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 kendetegnet ved, at gasserne og partiklerne efter endt analyse føres sammen og bortledes fra kammeret (5) gennem et fælles udløb (7). 15

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2 kendetegnet ved, at den sammenførte gas/partikel blanding ledes tilbage til procesanlægget (1).

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav kendetegnet ved, at de 2 o partikelholdige gasser indføres tangentielt i den øvre del af kammeret (5).

5. Apparat til analyse af partikelholdige gasser udtrukket fra et procesanlæg (1), såsom procesgas fra et mineralanlæg, hvilket apparat omfatter et kammer (5) og midler (4) til at indføre de partikelholdige gasser i kammeret og midler (4) til at 25 bringe de partikelholdige gasser i rotation, således at partiklerne under indvirkning af centrifugalkraften adskilles fra gasserne og slynges mod kammerets (5) væg (6) samt midler (11) til at lede gasserne og partiklerne bort gennem et udløb (7) kendetegnet ved, at apparatet omfatter midler (8 ,9), der analyserer gasserne i en central del af kammeret (5), mens partiklerne og 30 gasserne er adskilt.

6. Apparat ifølge krav 5 kendetegnet ved, at midlerne (8, 9), der analyserer gasserne i den centrale del af kammeret (5) omfatter laserenheder. DK 176920 B1 9 9

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6 kendetegnet ved, at midlerne (8, 9), der analyserer gasserne i den centrale del af kammeret, penetrerer kammerets (5) væg (6) og laget af partikler på kammerets væg (6). 5

8. Apparat ifølge krav 5 kendetegnet ved, at kammeret (5) er udformet som kammeret i en cyklonseparator.

8 DK 176920 B1

9. Apparat ifølge krav 5 kendetegnet ved, at midlerne til at lede gasserne og 10 partiklerne bort omfatter en ejektor (11).

10. Apparat ifølge krav 5 kendetegnet ved, at vinklen mellem kammerets (5) centerlinie (12) og det vertikale plan er mellem 0° og 90°. 15