EP1697735A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrischen prüfung von kraftstoffen und brennstoffen unter eines plasmas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur elektrischen prüfung von kraftstoffen und brennstoffen unter eines plasmas

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EP1697735A1
EP1697735A1 EP04804544A EP04804544A EP1697735A1 EP 1697735 A1 EP1697735 A1 EP 1697735A1 EP 04804544 A EP04804544 A EP 04804544A EP 04804544 A EP04804544 A EP 04804544A EP 1697735 A1 EP1697735 A1 EP 1697735A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
plasma
measured
test
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04804544A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Füllemann
Roman Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swiss E-Technik AG
Original Assignee
Swiss E-Technik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swiss E-Technik AG filed Critical Swiss E-Technik AG
Publication of EP1697735A1 publication Critical patent/EP1697735A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/68—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using electric discharge to ionise a gas
    • G01N27/70—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using electric discharge to ionise a gas and measuring current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2817—Oils, i.e. hydrocarbon liquids using a test engine
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion

Definitions

  • the invention relates to a method for testing liquid and gaseous fuels and fuels, and their combustion conditions.
  • erosion is understood to mean the tendency of heating oil or fuel to cause metal erosion of the new type typical of low-sulfur fuels and fuels.
  • metal abrasion has sometimes been called corrosion or low temperature corrosion, and is increasingly referred to as "metal dusting".
  • This property of the combustion conditions can be a property of a liquid or gaseous fuel or fuel, as is the erosion in particular, which is often inherent in low-sulfur heating oil and low-sulfur fuel, or a property of the environment during the combustion process. If such a test method is available, the influence of a measure, for example the change in the refinery process and / or the addition of an additive, on the observed property of the fuel can be determined very quickly. This enables a quick and empirical approach in the search for a solution to a recognized problem.
  • combustion conditions e.g. electrical separation or the targeted electrical charging of parts of a combustion chamber, or influencing the combustion conditions e.g. can be checked by means of a sacrificial electrode.
  • a plasma is formed for testing liquid and gaseous fuels and fuels with the fuel or fuel, and the electrical behavior of the plasma and / or the electrical behavior of the environment of the plasma is measured.
  • plasma is understood to mean an at least partially ionized medium. The potential and / or the will be advantageous
  • the plasma is advantageously exposed to an electrical voltage field.
  • the measuring electrodes can also be arranged in the vicinity of the plasma.
  • a potential can also be measured in the combustion gas outside the flame of the burning fuel.
  • the voltage between the measuring electrodes can be measured within MiHi or nanoseconds, and the voltage curve can, for example, be displayed directly on an OsziHograph and thus assessed.
  • an AC voltage field is advantageously introduced into the plasma.
  • the application of an AC or DC voltage to the plasma results in an amplification of the measurable signals.
  • an alternating voltage which is introduced into the plasma, an oscillating voltage is reached in the measuring electrodes, which can be displayed very well and is meaningful, for example, in relation to the erosion of a fuel.
  • the plasma is expediently acted upon by an alternating voltage field via two electrodes arranged in the plasma.
  • An applied AC voltage is rectified in a plasma of a fuel or fuel.
  • a DC voltage is therefore measured with the measuring electrodes, which i oscillates essentially between zero and a maximum potential, with respect to the direction of the potential regardless of the direction in which the voltage in the AC voltage field is directed.
  • the deflection of this measured, rectified vibration depends on the direction of the voltage in the AC field. This is because the peak of the redirected voltage has a lower potential than the peak of the non-redirected voltage.
  • the maximum value of the wave curve redirected by the rectification and therefore mirrored contains information about the erosion of the tested substance. In this way, by evaluating this maximum value, the erosion of a fuel or fuel can be determined immediately.
  • the fuel is therefore advantageously ignited and burned with an oxygen-containing gas.
  • an oxygen-containing gas in particular air.
  • a test device for testing fuel and fuel has one
  • Plasma chamber or Brennkarrtrner a device for introducing fuel or fuel into the plasma chamber and means for creating a plasma from the fuel or fuel.
  • a cathode and an anode as measuring electrodes, and a device for measuring and electronically processing electrical values that can be determined by the measuring electrodes.
  • test device with which the test process according to the invention can be carried out is also advantageous for carrying out the test process according to WO 03027668.
  • the test object is used, e.g. the evaporator or the mixing tube as an anode, on which the erosion can be checked optically.
  • a whole series of parameters are advantageously to be kept constant during the test using the method according to the invention, so that the results of several tests can be compared.
  • test object is understood to mean a metal part arranged at the combustion site, preferably a mixing tube or an evaporator of a burner, on which the erosion damage patterns can visibly occur.
  • the geometry, the material and the position of the measuring electrodes, the C02 content of the combustion gas, the O2 content, the CO content, the CxHy content in the combustion gas, soot, soot particles, SO-, S02-, NO-, N02 content in the combustion gas to be kept as constant as possible
  • the amount of fuel can vary depending on the energy content of the fuel.
  • air humidity air pressure and air volume
  • Reference measurements with this reference fuel or fuel are advantageously carried out before and after each test of a fuel or fuel two reference fuels with different behavior, e.g. an uncritical and a critical fuel or fuel. This results in two fixed points for checking the test device.
  • a cathode and an anode are necessarily present as measuring electrodes.
  • the anode can be formed by part of the combustion chamber, for example a heat exchanger of a gas rechaud.
  • a device for measuring and electronically processing electrical values must be available, which values can be determined by the measuring electrodes.
  • Such a device can be installed in an existing burner chamber, and thus the actually existing conditions during the combustion of gas, for example, can be checked. The influence on these conditions can also be measured, which measures such as erecting counter potentials or attaching a sacrificial anode have.
  • a device for preventing erosion on the parts of a combustion chamber when burning liquid or gaseous fuel is provided.
  • Such a device has means for influencing the potential in a plasma of the fuel.
  • Such means are in particular one or two electrodes and a voltage source connected to them, or a sacrificial anode.
  • the device can also iron on both agents.
  • Such devices can be used to retrofit incineration plants in which there are erosive conditions. The retrofitting can then be checked using the method according to the invention or a testing device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic curve of an alternating voltage fed into the plasma of the fuel or fuel to be tested
  • 3 shows a schematic curve of the voltage measured in the plasma, which results from the voltage fed in according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows two curves of voltages actually measured in the plasma
  • FIG. 5 shows a voltage curve measured and averaged on the test specimen 119
  • FIG. 7 shows a voltage curve measured on the test specimen 135,
  • FFiigg .. 99 shows a voltage curve measured on the test specimen 136
  • FIG. 10 shows a voltage curve measured on the test specimen 136 after performing the optically verifiable test method
  • FIG. 11 shows a voltage curve measured on the test specimen 137
  • FIG. 13 shows a voltage curve measured on the test specimen 198
  • FIG. 15 one on the test specimen 191 measured voltage curve
  • FIG. 17 shows a voltage curve measured on the test specimen 214
  • the test device shown schematically in FIG. 1 shows a plasma space 11 in which the test conditions can be produced and measuring devices for measuring parameters are arranged.
  • the plasma room 11 is here a combustion chamber for examining the electrical behavior of a fuel plasma during the combustion of the fuel. The erosion of a fuel develops with it
  • this device is suitable for determining the erosion of a fuel.
  • the device ' has a fuel pump 15, a fuel quantity controller 17, a fuel volume sensor 19 and finally a fuel nozzle 21 one after the other on a fuel supply line 13 in a FHessraum. From the fuel nozzle 21, the fuel can escape into the plasma space 11.
  • a combustion air supply line 23 which also ends in the plasma space, the device has a fan 25 and a combustion air volume flow sensor 27 in the direction of flow.
  • Electronics 29 regulate the fuel quantity and Air volume based on the measurements of the combustion air volume flow sensor 27 and fuel volume sensor 19.
  • an evaporator / mixing tube 31 as a test specimen made of a material customary for flame cups, a pair of ignition electrodes 33 for igniting the fuel-air mixture, a pair of electrodes 35 for introducing the AC voltage or the DC voltage into the plasma Plasma sensor (for example a Langmuir probe), an ionization measuring electrode 39 (anode) for measuring a voltage between the test specimen 31 and the ionization measuring electrode 39 or a voltage between a second ionization measuring electrode 40 (cathode) and the first ionization measuring electrode 39 Sample gas tube 41 for measuring the gas composition inside the flame or the plasma and a sample gas tube 43 for measuring the combustion gases after the combustion. There are also various sensors for checking other parameters, e.g. Air temperature and humidity of the combustion air, which are not shown in the diagram according to FIG. 1. These various data are processed and displayed with a data processing unit 49.
  • the combustion air line 23 can have a supply line 45 through which gaseous additives can be added to the combustion air.
  • a connecting line 47 is connected to the fuel supply line 13, via which an additive can be added to the fuel in a metered manner.
  • the gaseous or liquid fuel is ignited by supplying energy via the ignition electrodes 33.
  • the fuel thereby forms a plasma and burns in reaction with the combustion air.
  • a cathode 40 is also present in the device according to FIG. This is particularly useful if the plasma chamber 11 e.g. is an existing Brerrnkam ⁇ ier a heating system. In this case, the supply lines for the combustion air and the gaseous or liquid fuel are also provided and do not belong to the test device. Likewise, it is then possible that there is no evaporator 31 which could serve as the test object and cathode. In these cases, a test device must have a second ionization measuring electrode 40. Such a test device can therefore be arranged in a predetermined combustion chamber. It therefore has only the parts necessary for the application of the voltage field and the parts necessary for measuring the electrical behavior of the plasma, such as electrodes 35 and plasma sensor 38 (e.g. Lanmuir probe) and / or ionization measuring electrodes 39.40.
  • electrodes 35 and plasma sensor 38 e.g. Lanmuir probe
  • the sinusoidal alternating voltage fed into the plasma has in the
  • Exemplary embodiments as shown in FIG. 2, have a voltage peak of 7500 V and a frequency of 50 Hz.
  • a pulsating DC voltage is measured at this AC voltage.
  • Such a pulsating DC voltage is shown schematically in FIG. 3.
  • the anode is formed by the ionization measuring electrode 39 in the interior of the test specimen 31 arranged in a ring around this anode, which in turn forms the cathode.
  • This pulsating DC voltage alternately has a higher first and a lower second voltage peak. The higher voltage peak runs parallel to the fed-in AC voltage, the voltage pulse with the lower voltage peak occurs simultaneously with the AC voltage directed in the opposite direction.
  • the AC voltage fed in is rectified in the plasma, the redirected second half-wave reaching much lower values than the non-redirected first half-wave.
  • the apex areas have collapsed compared to a sine curve.
  • the measured voltage peaks for fuels are, for example, in a range below 400 V for the first half-wave and below 150 V for the second half-wave.
  • the fuel's erosion can best be read from the value of the voltage peaks.
  • Most liquid fuels with a very low sulfur content are erosive.
  • the measurement mean values for the voltage peaks of the second half wave in the test device of the applicant are between 68 and 110 V.
  • the measurement mean values for the voltage peaks of the first half wave are over 140 V.
  • fuels can also be made unproblematic by adding additives by raising the mean values of the 1st half-wave above 200 V and the mean values of the 2nd half-wave above 120 V.
  • the critical mean values are values of the 1 half-wave, which are higher than 140 V, and values of the 2nd half-wave, which are higher than 68 V.
  • FIG. 3 Figure 4 shows the measurement signals of a fuel of a selected batch.
  • the upper measured values were measured on the untreated fuel. These values are in a clearly critical area. Due to the voltage peaks of the second half-wave of up to 100 V, the fuel has to be classified as very risky. After adding additives that increase the dielectric of the plasma or an oxide layer on the surface of a metallic test specimen, lower values are measured. The measured and averaged voltage peaks of the second half-wave below 50 volts indicate that the fuel was made uncritical by the addition of additive.
  • the measured values before and after the addition of additives are to be evaluated.
  • the measured values of the treated one are
  • test item No. "119" An untreated fuel of a selected batch (internal name CH-B) is tested with the test item No. "119". The measured values of this test are shown in FIG. 5. The averaged voltage peaks reach values of 157 V for the first half-wave and 79.5 V for the second half-wave. Based on these values, the fuel must be classified as extremely risky. Correspondingly, a number can be found on test item No. "119" after the test according to WO 03027668 has been carried out
  • FIG. 6 shows the surface change of the test specimen 119 which is visible to the eye.
  • test item No. 135" The same fuel, to which 0.3% of an additive (internal name "SET 100") is added, is tested with the test item No. "135".
  • the measured values of this test are shown in FIG. 7.
  • the averaged voltage peaks reach values of 126 V at first half-whites and from 46 V in the second half-whites. On the basis of these values, the fuel must still be classified as very risky.
  • an erosion area of approximately one third of a square centimeter is determined on the test specimen 135.
  • FIG. 8 shows the surface change of test specimen No. "135" visible to the eye
  • test item no. "136" The same fuel, to which 0.5% of the additive has now been added, is tested with test item no. "136".
  • the measured values of this test are shown in FIG. 9.
  • the averaged voltage peaks reach values of 115 V in the first half-wave and over 33 V in the second half-wave. Based on these values, the fuel still has to be classified as very risky. Accordingly, a clearly recognizable erosion surface is determined on the test object 136 after the test according to WO 03027668 has been carried out.
  • FIG. 10 shows the surface change of specimen No. "136" visible to the eye.
  • the same fuel, to which 0.8% of the additive is added, is tested with the test item no. "137".
  • the measured values of this test are shown in FIG. 11.
  • the averaged voltage peaks reach values of 94.5 V in the first half-wave and more than 18 V in the second half-wave.
  • FIG. 12 shows the surface change of test specimen No. 1, 137 "which is visible to the eye
  • a plasma is created with the fuel or fuel and the electrical behavior of the plasma is measured.
  • the conductivity of the plasma can be both increased and decreased in order to obtain a fuel that is unproblematic with respect to erosion.
  • the measured values of the voltage peaks of the half-wave redirected by the plasma of an alternating voltage applied to the plasma of fuels treated with additives must be lower than the corresponding measured values of a fuel or fuel that is already unproblematic in the uh-treated state, or significantly higher.

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Abstract

Zur Prüfung von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen und Brennstoffen im Allgemeinen und zur Prüfung der Erosivität schwefelarmer Brennstoffe im Speziellen wird mit dem Brennstoff oder Kraftstoff ein Plasma gebildet und das elektrische Verhalten des Plasmas gemessen. Je dielektrischer das Plasma einer unbehandelten Charge Brenn- oder Kraftstoff sich verhält, desto weniger risikobehaftet ist der Brennstoff oder Kraftstoff bezüglich Erosivität. Durch Zugabe von Additiven kann die Leitfähigkeit des Plasmas erhöht oder erniedrigt werden, um einen unproblematischen Kraft- oder Brennstoff zu erhalten. Die Messwerte der Spannungsspitzen der durch das Plasma umgerichteten Halbwelle einer auf das Plasma beaufschlagten Wechselspannung von mittels Additiven behandelten Brenn- und Kraftstoffen müssen tiefer liegen als die eines in unbehandeltem Zustand bereits unproblematischen Brennstoffs oder Kraftstoffs, oder aber deutlich höher. Zur Beurteilung der Erosivität eines Brennstoffes werden vorteilhaft die gemittelten Maximalwerte beider Halbwellen berücksichtigt.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ELEKTRISCHEN PRUEFUNG VON KRAFTSTOFFEN UND BRENNSTOFFEN UNTER ERZEUGUNG EINES PLASMAS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen und Brennstoffen, sowie deren Verbrennungsbedingungen.
Schwefelarmes Heizöl extra leicht mit einem. Schwefelgehalt von unter 500 ppm, und erst recht solches mit einem Schwef elgehalt von unter 50 ppm oder gar unter 30 ppm/ wie es neuere Normen fordern, hat erosive Eigenschaften. Diese erosiven Eigenschaften zeigen sich bei der Verbrennung des Heizöls in Heizungsanlagen durch Abtragung von Material an brennraumseitigen Metallteilen der Heizungsanlage, sogenanntes "metal dusting". Diese Schadenbilder entstehen unterschiedlich rasch. Der Metallabtrag ist aber nicht allein abhängig vom Schwef elanteil, sondern ist chargenspezifisch. Die Ursache dieser erosiven Eigenschaften und auch der starken Unterschiede der Erosivitat unterschiedlicher Chargen von Heizöl sind zur Zeit Gegenstand von Untersuchungen.
Unter Erosivitat wird in dieser Schrift die Tendenz des Heizöls oder des Kraftstoffes verstanden, Metallabtragungen der neuartigen, für schwefelarme Brennstoffe und Kraftstoffe typischen Art hervorzurufen. Solche Metallabtragungen wurden gelegentlich Korrosionen oder Niedertemperatur-Korrosionen genannt, und werden zunehmend als "metal dusting" bezeichnet.
Chemische und physikalische Analysen haben bisher zu keinen Ergebnissen geführt die eine Ursache für diese erosive Wirkung schwefelarmer Brennstoffe erkennen Hessen.
Mit dem Prüfverfahren gemäss der WO 03027668 wurde die Erosivitat verschiedener Chargen von Heizöl überprüft. Dieses Prüfverfahren führt nach einigen Stunden Prüfdauer zu zuverlässigen Ergebnissen. Es konnte festgestellt werden, dass die Zugabe eines Additivs zum Heizöl dessen Erosivitat beseitigen kann.
Es ist die Au abe der vorliegenden Erfindung, ein Prüfverfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem innerhalb von einigen Minuten eine Eigenschaft, wie beispielsweise die Erosivitat, von Verbrer ungsbedingungen ermittelt werden kann. Diese Eigenschaft der Verbrennungsbedingungen kann in einer Eigenschaft eines flüssigen oder gasförmigen Brenn- oder Kraftstoffes Hegen, wie dies insbesondere die Erosivitat ist, welche oft schwefelarmem Heizöl und schwefelarmem Kraftstoff eigen ist, oder aber auch eine Eigenschaft der Umgebung beim Verbrennungsprozess. Steht ein solches Prüfverfahren zur Verfügung, so kann der Einfluss einer Massnahme, z.B. die Veränderung des Raffinerieprozesses und/oder die Zugabe eines Additivs, auf die beobachtete Eigenschaft des Kraft- oder Brennstoffes sehr rasch ermittelt werden. Dies ermögUcht ein rasches und empirisches Vorgehen auf der Suche nach einer Lösung einer erkannten Problematik.
Es ist davon auszugehen, dass mit einem solchen Verfahren auch eine Veränderung der Verbrennungsbedingungen, wie z.B. die elektrische Trennung oder die gezielte elektrische Aufladung von Teilen einer Brennkammer, oder die Einflussnahme auf die Verbrennungsbedingungen z.B. mittels einer Opferelektrode überprüft werden kann.
Auf rund der oben beschriebenen Ergebnisse, die mit dem Prüfverfahren gemäss der WO 03027886 erzielt wurden, konnte ein neues Prüfverfahren entwickelt und anhand des Prüfverfahrens gemäss der WO 03027886 auch überprüft werden.
Bei dem er indungsgemässen Verfahren wird zur Prüfung von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen und Brennstoffen mit dem Brenn- oder Kraftstoff ein Plasma gebildet, und das elektrische Verhalten des Plasmas und/ oder das elektrische Verhalten der Umgebung des Plasmas gemessen. Unter Plasma wird in dieser Anmeldung ein wenigstens teilweise ionisiertes Medium verstanden. Vorteilhaft werden das Potential und/ oder der
Stromfluss zwischen zwei im Plasma angeordneten Messelektroden gemessen. Während der Messung des elektrischen Verhaltens wird das Plasma vorteilhaft einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt. Die Messelektroden können jedoch auch in der Umgebung des Plasmas angeordnet sein. Auch im Verbrennungsgas ausserhalb der Flamme des brennenden Brenn- oder Kraftstoffes ist ein Potential messbar.
Entscheidende Verhaltensweisen des Brenn- oder Kraftstoffes können dadurch erfasst und beurteilt werden. Die Spannung zwischen den Messelektroden kann innerhalb von MiHi- oder Nanosekunden gemessen werden, und der Spannungsverlauf kann beispielsweise an einem OsziHographen unmittelbar dargestellt und somit beurteilt werden.
Wenn auch eine Gleichspannung auf das Plasma beaufschlagt werden kann, so wird doch vorteilhaft ein Wechselspannungsfeld in das Plasma eingebracht. Die Beaufschlagung des Plasmas mit einer Wechsel- oder Gleichspannung hat eine Verstärkung der messbaren Signale zur Folge. Mit einer Wechselspannung, welche in das Plasma eingeleitet wird, wird in den Messelektroden eine oszillierende Spannung erreicht, die sehr gut dargestellt werden kann und z.B. in Bezug auf die Erosivitat eines Brennstoffes aussagekräftig ist. Zweckmässigerweise wird das Plasma über zwei im Plasma angeordnete Elektroden mit einem Wechselspannungsfeld beaufschlagt.
In einem Plasma eines Brenn- oder Kraftstof es wird eine beaufschlagte Wechselspannung gleich gerichtet. Mit den Messelektroden wird daher eine Gleichspannung gemessen, welche i Wesentlichen zwischen Null und einem maximalen Potential schwingt, und zwar bezüglich der Richtung des Potentials unabhängig von der Richtung, in welcher die Spannung im Wechselspannungsfeld gerichtet ist. Der Ausschlag dieser gemessenen, gleichgerichteten Schwingung ist jedoch abhängig von der Richtung der Spannung im Wechselspannungsfeld. Der Scheitelpunkt der umgerichteten Spannung hat nämlich ein geringeres Potential als der Scheitelpunkt der nicht umgerichteten Spannung.
Es hat sich gezeigt, dass der Maximalwert der durch die Gleichrichtung umgerichteten und daher gespiegelten Wellenkurve eine Information über die Erosivitat des geprüften Stoffes enthält. Auf diese Weise kann durch Beurteilung dieses Maximalwertes die Erosivitat eines Brennstoffes oder Kraftstoffes sofort festgestellt werden.
Noch sind keine überprüften theoretischen Modelle vorhanden, die die Erosivitat eines Brennstoffes erklären. Auch in zukünftigen Anwendungssituationen für das Prüfverfahren werden wahrscheinlich keine theoretischen Erkenntnisse vorhanden sein, sondern es wird, wie bei der Erosivitat von Heizöl, ein lediglich phänomenologisch beschriebener Befund vorliegen. Eine Lösungssuche wird daher die Überprüfung von Massnahmen bedingen, wobei die Bedingungen bei der Prüfung der Massnahmen den Bedingungen mögüchst weitgehend entsprechen soUen, in denen das beobachtete Phänomen auftritt. Eine Übereinstimmung bei diesen Bedingungen garantiert, dass in der Prüf anl ge bewirkte Veränderungen des beobachteten Phänomens auch in der Umgebung bewirkt werden, in welcher das Phänomen ursprünghch beobachtet wurde und in der es z.B. vermieden werden soll.
Für die Überprüfung der Erosivitat von Heizöl wird daher vorteilhaft der Brennstoff entzündet und mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt. Dazu ist es notwendig, dass dem versprühten Brennstoff ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft, zugeführt wird.
Eine Prüfvorrichtung zur Prüfung von Brennstoff und Kraf stoff besitzt eine
Plasmakammer oder Brennkarrtrner, eine Einrichtung zum Einbringen von Brenn- oder Kraftstoff in die Plasmakammer und Mittel zum Schaffen eines Plasmas aus dem Brennoder Kraftstoff. Ferner sind eine Kathode und eine Anode als Messelektroden vorhanden, sowie eine Einrichtung zum Messen und elektronischen Verarbeiten von durch die Messelektroden ermittelbaren elektrischen Werten.
Vorteilhaft ist eine Prüfvorrichtung, mit der das er indungsgemässe Prüfverfahren durchgeführt werden kann, auch geeignet zur Durchführung des Prüfverfahrens gemäss der WO 03027668. Dies ermögHcht die jeweihge visueUe Nachkontrolle des elektrisch und elektronisch ermittelten Resultats. Dabei dient der Prüfling, also z.B. der Verdampfer oder das Mischrohr als Anode, an welcher die Erosion optisch überprüft werden kann. Es sind bei einer bevorzugten Prüfvorrichtung eine ganze Reihe von Parametern während des Prüfens mit dem erfindungsgemässen Verfahren vorteilhaft konstant zu halten, damit die Ergebnisse mehrerer Prüfungen vergHchen werden können.
Solche Parameter sind insbesondere die Geometrie, das Material und die. Temperatur eines Prüflings. Unter Prüfling wird ein am Verbrennungsort angeordnetes Metallteil verstanden, bevorzugt ein Mischrohr, bzw. ein Verdampfer eines Brenners, an dem die Erosions-Schadenbilder sichtbar auftreten können. Ferner sind die Geometrie, das Material und die Position der Messelektroden, der C02-Gehalt des Verbrennungsgases, der O2-Gehalt, der CO-Gehalt, der CxHy-Gehalt im Verbrennungsgas, Russ, Russpartikel, SO-, S02-, NO-, N02-Gehalt im Verbrennungsgas möglichst konstant zu haltende
Parameter. Ebenso auch der Druck des Prüf mediums vor der Düse, der Düsentyp, der Sprühwinkel etc. der Düse, der Druck in der Zone der Verdampfung bzw. der Zone der Verbrennung, der Druck bei der Luftansaugöffnύng, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Verbrennungsluft, die Leistung bei der Verbrennung, die Brerrnkammergeometrie, der Werkstoff einer Brennkaminerkühlung, die Temperatur der Breimkammerkühlung, die Geometrie der Luftführung beim Eintritt der Verbrennungsluft in den Verdampfer (Prüfling). Hingegen kann die Brennstoff menge variieren, je nach Energiegehalt des Brennstoffes.
Bezüglich Luftfeuchte, Luftdruck und Luftmenge ist im Wesentiichen ledigHch darauf zu achten, dass die zugeführte Sauerstoffmenge der Leistung und dem gewünschten Restsauerstoff gehalt entspricht. Unterschiede in der Luftfeuchtigkeit können daher durch Veränderung von Druck und Menge kompensiert werden.
Zur sicheren Überprüfung des Verfahrens und einer Prüfvorrichtung ist es auch vorteilha t, ein immer gleicher Referenz-Brennstoff oder Referenz-Kraftstoff einzusetzen. Referenzmessungen mit diesem Referenz-Bre n- oder Kraftstoff werden vorteilhaft vor und nach jeder Prüfung eines Kraft- oder Brennstoffes durchgeführt Bevorzugt werden zwei Referenz-Brennstoffe mit unterschiedHchem Verhalten, z.B. ein unkritischer und ein kritischer Brennstoff oder Kraf stoff eingesetzt. Dies ergibt zwei Fixpunkte zur Überprüfung der Prüfvorrichtung. Bei einer Vorrichtung zur Prüfung der Erosivitat der Verbrer ungsbedingungen bei der Verbrennung von Brennstoff und Kraftstoff in einer Brennkammer ist notwendigerweise eine Kathode und eine Anode als Messelektroden vorhanden. Die Anode kann durch ein Teil der Brennkammer, z.B. ein Wärmetauscher eines Gasrechauds, gebildet sein. Zudem muss eine Einrichtung zum Messen und elektronischen Verarbeiten von elektrischen Werten vorhanden sein, welche Werte durch die Messelektroden errnittelbar sind. Eine solche Vorrichtung kann in eine bestehende Brermkammer eingebaut werden, und so können die real existierenden Bedingungen bei der Verbrennung beispielsweise von Gas überprüft werden. Es kann auch der Einfluss auf diese Bedingungen gemessen werden, den Massnahmen wie das Aufrichten von Gegenpotentialen oder das Anbringen einer Opferanode haben.
Zur Verhinderung erosiver Verbrennungsbedingungen kann daher nicht nur der Brennstoff oder Kraftstoff beeinflusst werden und dieser Einfluss überprüft werden. Es kann auch das Umfeld, in der die Verbrennung stattfindet, beeinflusst werden. Dazu ist eine Vorrichtung zur Verhinderung von Erosionen an den Teilen einer Brennkammer bei der Verbrennung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff vorgesehen. Eine solche Vorrichtung besitzt Mittel zur Beeinflussung des Potentials in einem Plasma des Brennstoffs. Solche Mittel sind insbesondere eine oder zwei Elektroden und eine mit diesen verbundene Spannungsquelle, oder eine Opferanode. Die Vorrichtung kann auch beide Mittel auf eisen. Mit solchen Vorrichtungen können Verbrennungsanlagen, in welchen erosive Bedingungen herrschen, nachgerüstet werden. Die Nachrüstung kann dann mit dem erfindungsgernässen Verfahren oder einer erfindungsgemässen Prüfvorrichtung überprü t werden.
Anhand von Beispielen, welche sich auf die Prüfung der erosiven Eigenschaft von schwefelarmem Heizöl extra leicht (welches einem Dieselkraftstoff bekanntHch weitgehend entspricht) beschränken, wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch auch zur Prüfung von anderen Eigenschaften von Brennstoffen und auf Kraftstoffe und für die Überprüfung von Verbrennungsbedingungen anwendbar. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schema einer Prüf Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Kurve einer ins Plasma des zu prüfenden Brenn- oder Kra tstoff eingespeisten Wechselspannung, Fig. 3 eine schematische Kurve der im Plasma gemessenen Spannung, welche aus der eingespeisten Spannung gemäss Figur 2 resultiert, Fig. 4 zwei Kurven von im Plasma real gemessenen Spannungen, Fig. 5 eine am Prüfling 119 gemessene und gemittelte Spannungskurve, Fig. 6 Foto des Prüflings 119 nach Durchführung des optisch überprüfbaren Prüfverfahrens, Fig. 7 eine am Prüfling 135 gemessene Spannungskurve, Fig. 8 Foto des Prüflings 135 nach Durchführung des optisch überprüfbaren ' Prüfverfahrens, FFiigg.. 99 eine am Prüfling 136 gemessene Spannungskurve, Fig. 10 Foto des Prüflings 136 nach Durchführung des optisch überprüfbaren Prüfverfahrens, Fig. 11 eine am Prüfling 137 gemessene Spannungskurve, Fig. 12 Foto des Prüflings 137 nach Durchführung des optisch überprüfbaren Prüfverfahrens, Fig. 13 eine am Prüfling 198 gemessene Spannungskurve, Fig. 14 Foto des Prüflings 198 nach Durchführung des optisch überprüfbaren Prüfverfahrens, Fig. 15 eine am Prüfling 191 gemessene Spannungskurve, FFiigg.. 1166 Foto des Prüflings 191 nach Durchführung des optisch überprüfbaren Prüfverfahrens, Fig. 17 eine am Prüfling 214 gemessene Spannungskurve,
Fig. 18 Foto des Prüflings 214 nach Durchführung des optisch überprüfbaren Prüfverfahrens,
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Prüfvorrichtung zeigt einen Plasmaraum 11, in welchem die Prüfbedingungen herstellbar sind und Messgeräte zur Messung von Parametern angeordnet sind. Der Plasmaraum 11 ist hier ein Verbrennungsraum zur Untersuchung des elektrischen Verhaltens eines Brennstoff-Plasmas bei der Verbrennung des Brennstoffes. Die Erosivitat eines Brennstoffes entwickelt sich bei dessen
Verbrennung, daher ist diese Vorrichtung dazu geeignet, die Erosivitat eines Brennstoffes zu ermitteln. Die Vorrichtung'besitzt in FHessrichtung nacheinander auf einer Brermstoffzufuhrleitung 13 eine Brennstofrpumpe 15, einen Brennstoffmengenregler 17, einen Brennstoffvolumensensor 19 und schliesslich eine Brennstoff düse 21. Aus der Brennstoff düse 21 kann der Brennstoff in den Plasmaraum 11 austreten. Auf einer Verbrennungslu tzuleitung 23, welche ebenf Hs im Plasmaraum endet, besitzt die Vorrichtung in Strömungsrichtung ein Gebläse 25 und einen Verbrennungsluft- Volumenstromsensor 27, Eine Elektronik 29 regelt die Brennstoffmenge und die Luf menge au rund der Messungen von Verbrennungsluft-Volumenstromsensor 27 und Brennstoffvolumensensor 19.
Im Plasmaraum 11 sind weiter angeordnet- Ein Verdampfer/Mischrohr 31 als Prüfling aus einem für Flammbecher üblichen Material, ein Paar Zündelektroden 33 zu Zünden der Brennstoff-Luft-Mischung, ein Paar Elektroden 35 zum Einleiten der Wechselspannung oder der Gleichspannung in das Plasma, ein Plasmasensor (z.B. eine Langmuir-Sonde), eine Ionisationsmesselektrode 39 (Anode) zum Messen einer Spannung zwischen Prüfling 31 und Ionisationsmesselektrode 39 oder einer Spannung zwischen einer zweiten Ionisationsmesselektrode 40 (Kathode) und der ersten Ionisationsmesselektrode 39. Weiter sind zur Überwachung der Parameter je ein Messgasrohr 41 zum Messen der Gaszusammensetzung im Innern der Flamme oder des Plasmas und ein Messgasrohr 43 zum Messen der Verbrennungsgase nach der Verbrennung. Weiter sind verschiedene Sensoren zur Überprüfung von weiteren Parametern, z.B. Lufttemperatur und Feuchtigkeit der Verbrennungsluft, vorhanden, welche im Schema gemäss Fig. 1 nicht dargestellt sind. Mit einer Datenverarbeitungseinheit 49 werden diese verschiedenen Daten verarbeitet und dargestellt.
Zur Normierung der Verbrennungsgasqualität kann die Verbrennungsluftleitung 23 eine Zuleitung 45 aufweisen, durch welche der Verbrennungsluft gasförmige Zusätze zugegeben werden können.
Zur Beeinflussung des Brennstoffs ist an die Brennstoffzuleitung 13 eine Anschlussleitung 47 angesclilossen, über welche dem Brennstoff ein Additiv dosiert zugegeben werden kann.
Während der Prüfung eines flüssigen Brennstoffs wird dieser dosiert in den Plasmaraum 11 gedüs Verbrennungslu t wird gleichzeitig dem Plasmaraum zugeführt. Für die Prüfung eines gasförmigen Brennstoffs wird die Verbrennungsluft mit dem gasförmigen Brennstoff vermischt und dem Plasmaraum zugeführt.
Im Plasmaraum wird der gasförmige oder flüssige Brennstoff gezündet durch eine Energiezufuhr über die Zündelektroden 33. Der Brennstoff bildet dadurch ein Plasma und verbrennt in Reaktion mit der Verbrennungsluft. In dieses Plasma wird nun eine
Wechselspannung über die Elektroden 35 eingespeist. Diese Wechselspannung wird durch das Plasma gleichgerichtet. Die resultierende Spannungskurve zwischen der Ionisationsmesselektrode 39 und dem Prüfling 31 wird erfasst und so die Ionisation des Plasmas gemessen. Während dieser Messung der Ionisation werden die Parameter überwacht Sobald die Parameter festgelegten Vergleichswerten entsprechen, wird die Messung überprüft. Die nun mit der Ionisationsmesselektrode 39 gemessenen Werte sind aussagekräftig über die Neigung des Brennstoffes zur Erosion des Prüflings. Die Messwerte können nun noch visuell kontrolHerbar überprüft werden, indem in dieser Vorrichtung direkt anschHessend an diese Messung das Prüfverfahren gemäss WO 03027886 am selben Prüfling 31 durchgeführt wird.
Grundsätzlich ist in jedem Plasma und daher in jeder Flamme eine Spannung vorhanden. Diese ist auch unabhängig von einer Fremdspannung vorhanden. Messungen sind daher auch ohne Fremdspannung mögHch. Die Spannung des Plasmas wird durch die Fremdspannung, ob Gleichspannung oder Wechselspannung, aber verstärkt. Die Spannung kann praktisch beHebige Werte grösser als 0 aufweisen. Bei Wechselspannungen und bei Gleichspannung wirken beispielsweise auch schon Potentiale im Bereich von 100 bis 300 Volt verstärkend auf die Messwerte.
In der Vorrichtung gemäss Figur 1 ist neben dem Prüfling 31 auch eine Kathode 40 vorhanden. Diese ist insbesondere dann zweckmässig, wenn die Plasmakammer 11 z.B. eine bestehende Brerrnkamπier einer Heizungsanlage ist. In diesem Fall sind die Zuleitungen für die Verbrennungsluft und den gasförmigen oder flüssigen Brennstoff ebenfalls gegeben und gehören nicht zur Prüfvorrichtung, Ebenso ist es dann ögüch, dass kein Verdampfer 31 vorhanden ist, der als Prüfling und Kathode dienen könnte. In diesen Fällen uss eine Prüfvorrichtung eine zweite Ionisationsmesselektrode 40 aufweisen. Eine solche Prüfvorrichtung ist daher in einem vorgegebenen Brennraum anordenbar. Sie weist daher ledigHch die zur Beaufschlagung des Spannungsfelds und die zur Messung des elektrischen Verhaltens des Plasmas notwendigen Teile wie Elektroden 35 und Plasmas-Sensor 38 (z.B. Lanmuir-Sonde) und/ oder Ionisationsmesselektroden 39,40 auf.
Die in das Plasma eingespeiste sinusförmige Wechselspannung besitzt in den
Ausführungsbeispielen, wie in Figur 2 dargestellt, eine Spannungsspitze von 7500 V und eine Frequenz von 50 Hz. Zwischen der Ionisationsmesselektrode 39 und dem Prüfling 31 wird bei dieser Wechselspannung eine pulsierende Gleichspannung gemessen. Eine solche pulsierende Gleichspannung ist in Figur 3 schematisch dargesteUt. Die Anode ist gebildet durch die Ionisationsmesselektrode 39 im Innern des ringförmig um diese Anode angeordneten Prüflings 31, welcher seinerseits die Kathode bildet. Diese pulsierende Gleichspannung weist jeweils abwechselnd eine höhere erste und eine tiefere zweite Spannungsspitze auf. Die höhere Spannungsspitze verläuft parallel zur eingespeisten Wechselspannung, der Spannungspuls mit der tieferen Spannungsspitze tritt zeitgleich mit der in die Gegenrichtung gerichteten Wechselspannung auf. Es kann daher gesagt werden, dass die eingespeiste Wechselspannung im Plasma gleichgerichtet wird, wobei die umgerichtete zweite HalbweUe wesentlich niedrigere Werte erreicht als die nicht umgerichtete erste Halbwelle, Bei beiden HalbweUen sind die Scheitelbereiche im Vergleich zu einer Sinuskurve eingebrochen. Die gemessenen Spannungsspitzen liegen für Brennstoffe (unbehandelt ab Raffinerie oder durch die Zugabe von Additiven behandelt) beispielsweise in einem Bereich unter 400V für die erste Halbwelle, und unter 150 V für die zweite Halbwelle.
Die Erosivitat des Brennstoffes ist am besten ablesbar aus dem ge it elten Wert der Spannungsspitzen. Die meisten flüssigen Brennstoffe mit sehr niedrigem Schwefelgehalt sind erosiv. Bei diesen Problembrennstoffen Hegen die Messmittelwerte bei den Spannungsspitzen der zweiten HalbweUen in der Prüfvorrichtung der Anmelderin zwischen 68 und 110 V. Die Messmittelwerte bei den Spannungsspitzen der ersten Halbwellen Hegen dabei über 140 V.
In unbehandeltem Zustand bereits unproblematische Brennstoffe weisen gemittelte Spannungsspitzen der zweiten Halbwelle von höchstens 68 V auf. Brennstoffe mit höheren Werten der zweiten HalbweUe müssen durch den Zusatz von Additiven behandelt werden. Es gibt zwei Bereiche, in denen die Spannungsspitzen auf einen durch Behandlung mit Additiven unproblematisch gemachten Brennstoff hinweisen. Brennstoffe sind einerseits dann unproblematisch, wenn die Mittelwerte der 1. HalbweUe z.B. kleiner als 30 V und die Mittelwerte der 2. Halbwelle kleiner als 10 V sind. Je niedriger die Messwerte sind, desto mehr verhält sich das Plasma als Dielektrikum. Brennstoffe können aber andererseits durch den Zusatz von Additiven auch unproblematisch gemacht werden, indem die Mittelwerte der 1. Halbwelle über 200 V und die Mittelwerte der 2. Halbwelle über 120 V angehoben werden. Je höher die Messwerte liegen, desto leitfähiger ist das Plasma. Dabei muss vermutete werden, dass durch die Erhöhung der Leitfähigkeit des Plasmas ein Aufladungspotential gering gehalten wird.
Diese oben angeführten Werte können sich, je nach GrundeinsteUung der Parameter, innerhalb von Grenzen (um ca. +20V) verschieben. Im Laborversuch der Anmelderin gelten als kritische Mittelwerte Werte der 1 Hälbwelle, welche höher Hegen als 140 V, und Werte der 2. Halbwelle, welche höher liegen als 68 V. Es wird für die Beurteilung der Erosivitat des Brennstoffes im Wesentlichen auf die Werte der 2. Halbwelle abgestützt, wobei die Werte der ersten Halbwelle zur Beurteilung der zweiten HalbweUe herangezogen werden.
3 Figur 4 sind die Messsignale eines Brennstoffes einer ausgewählten Charge dargestellt. Die oberen Messwerte wurden am unbehandelten Brennstoff gemessen. Diese Werte liegen in einem eindeutig kritischen Bereich. Der Brennstoff muss aufgrund der Spannungsspitzen der zweiten Halbwellen von bis 100 V als sehr risikobehaftet eingestuft werden. Nach einer Zugabe von Additiven, welche die Dielektrizität des Plasmas oder einer Oxydschicht auf der Oberfläche eines metallischen Prüflings erhöhen, werden niedrigere Werte gemessen. Die gemessenen und gemittelten Spannungsspitzen der zweiten Halbwelle unter 50 Volt weisen darauf hin, dass der Brennstoff durch die Zugabe von Additiv unkritisch gemacht wurde.
Die Messwerte vor und nach der Zugabe von Additiven sind zu werten. Je nach Messwerten des unbehandelten Brennstoffes sind die Messwerte des behandelten
Brennstoff es unterschiedlich zu interpretieren. Es wird vermutet, dass die Messwerte der behandelten Charge umso tiefer eingesteUt werden müssen, je höher die Messwerte der unbehandelten Charge Hegen.
Ein unbehandelter Brennstoff einer ausgewählten Charge (interne Bezeichnung CH-B) wird mit dem Prüfling Nr. "119" geprüf Die Messwerte dieser Prüfung sind in Figur 5 dargestellt. Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von 157 V bei der ersten H lbweUe und von 79,5 V bei der zweiten Halbwelle. Der Brennstoff muss anhand dieser Werte als extrem risikobehaftet eingestuft werden. Entsprechend kann am Prüfling Nr. "119" nach Durchführung der Prüfung gemäss der WO 03027668 eine einige
Quadratzentimeter grosse Erosionsfläche festgesteUt werden. In Figur 6 ist die von Auge sichtbare Oberflächenveränderung des Prüflings 119 abgebildet.
Der gleiche Brennstoff, dem aber 0.3% eines Additivs (interne Bezeichnung "SET 100") zugegeben ist, wird mit dem Prüfling Nr. "135" geprüft Die Messwerte dieser Prüfung sind in Figur 7 dargesteUt Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von 126 V bei der ersten HalbweUe und von 46 V bei der zweiten HalbweUe. Der Brennstoff muss anhand dieser Werte ixrunernoch als sehr risikobehaftet eingestuft werden. Entsprechend wird am Prüfling 135 nach Durchführung der Prüfung gemäss der WO 03027668 eine etwa ein Drittel Cniadratzentimeter grosse Erosionsfläche festgestellt. In Figur 8 ist die von Auge sichtbare Oberflächenveränderung des Prüflings Nr. "135" abgebildet Der selbe Brennstoff, dem nun schon 0.5% des Additivs zugegeben ist, wird mit dem Prüfling Nr. "136" geprüft. Die Messwerte dieser Prüfung sind in Figur 9 dargestellt. Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von 115 V bei der ersten HalbweUe und von über 33 V bei der zweiten Halbwelle. Der Brennstoff muss anhand dieser Werte immernoch als sehr risikobehaftet eingestuft werden. Entsprechend wird am Prüfling 136 nach Durchführung der Prüfung gemäss der WO 03027668 eine deutlich erkennbare Erosionsfläche festgestellt. In Figur 10 ist die von Auge sichtbare Oberflächenveränderung des Prüflings Nr. "136" abgebildet. Der selbe Brennstoff, dem jedoch 0.8% des Additivs zugegeben ist, wird mit dem Prüfling Nr. "137" geprüft. Die Messwerte dieser Prüfung sind in Figur 11 dargesteüt Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von 94,5 V bei der ersten HalbweUe und von über 18 V bei der zweiten Halbwelle, Der Brennstoff muss anhand dieser Werte immernoch als risikobehaftet eingestuft werden. Entsprechend wird am Prüfling Nr. "137" nach Durchführung der Prüfung gemäss der WO 03027668 eine kleine Erosionsfläche festgestellt. In Figur 12 ist die von Auge sichtbare Oberflächenveränderung des Prüflings Nr. 1,137" abgebüdet
Aus dieser Reihe von Prüfungen eines Brennstoffes mit Zugaben von unterschiedlichen Mengen eines Additivs zeigt, dass mit dem erf indungsgemässen Verfahren die
Lösungsansätze zur Lösung einer gefundenen Problematik beurteilt werden können. Wenn im Beispiel mit 0,8% eines Additivs, und somit mit 8000 ppm noch immer keine Lösung erreicht werden kann, muss bestimmt nach anderen Wegen gesucht werden. Das Additiv erweist sich hier als ungeeignet die Erosivit t des Brennstoffes ausreichend zu senken. Eine effiziente Lösung soUte weniger als 2000 ppm des Additivs benötigen.
Ein Standard-Brennstoff mit ca. 740 mg Schwefel und 120 mg Stickstoffgehalt (interne Bezeichnung "Waldburger") wird mit dem Prüfling Nr. "198" geprüft. Die Messwerte dieser Prüfung sind in Figur 13 dargesteUt. Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von 78 V bei der ersten HalbweUe, und von 9.8 V bei der zweiten HalbweUe. Der Brennstoff muss anhand dieser Werte als ohne Risiko eingestuft werden. Entsprechend kann am Prüfling Nr. "198" nach Durchführung der Prüfung gemäss der WO 03027668 keine Erosionsfläche festgestellt werden (Fig, 14). Eine Additivzugabe ist nicht erforderHch,
Wieder ein anderer Brennstoff (interne Bezeichnung "oeko JF") wird mit dem Prüfling Nr. "191" geprüft Die Mess erte dieser Prüfung sind in Figur 15 dargestellt. Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von über 160 V bei der ersten HalbweUe und von 84.41 V bei der zweiten HalbweUe. Der Brennstoff muss anhand dieser Werte als stark risikobehaftet eingestuft werden. Entsprechend kann am Prüfling Nr. "191" nach r urchfü rung der Prüfung gemäss der WO 03027668 eine eindrückHche Erosionsfläche festgesteUt werden (Fig. 16).
Der selbe Brennstoff ("oeko JF"), dem jedoch 0.24% eines Additivs (interne Bezeichnung " Add 36") zugegeben ist, wird mit dem Prüfling Nr. "214" geprüft. Die Messwerte dieser Prüfung sind in Figur 17 dargesteUt. Die gemittelten Spannungsspitzen erreichen Werte von knapp 75 V bei der ersten Halbwelle und von 9.8 V bei der zweiten Halbwelle. Der mit dieser Menge Additiv versetzte Brennstoff darf anhand dieser Werte als ohne Risiko eingestuft werden. Entsprechend wird am Prüfling Nr. "214" nach Durchführung der Prüfung gemäss der WO 03027668 keine Erosionsfläche festgesteUt (Fig.18),
Zur Prüfung von flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffen und Brennstoffen im AUgemeinen und zur Prüfung der Erosivitat schwefelarmer Brennstoffe im SpezieUen wird, zusammenfassend gesagt, mit dem Brennstoff oder Kraftstoff ein Plasma gebHdet und das elektrische Verhalten des Plasmas gemessen. Je dielektrischer das Plasma einer noch unbehandelten Charge Brenn- oder Kraftstoff sich verhält, desto weniger risikobehaf et ist der Brennstoff oder Kraftstoff. Durch Zugabe von Additiven kann die Leitfähigkeit des Plasmas sowohl erhöht als auch erniedrigt werden, um einen bezügHch Erosivitat unproblematischen Kraft- oder Brennstoff zu erhalten. Die Messwerte der Spannungsspitzen der durch das Plasma umgerichteten Halbwelle einer auf das Plasma beaufschlagten Wechselspannung von mittels Additiven behandelten Brenn- und Kraftstoffen müssen tiefer liegen als die entsprechenden Messwerte eines in uhbehandeltem Zustand bereits unproblematischen Brennstoffs oder Kraftstoffs, oder aber deutlich höher.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Prüfung von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen und Brennstof en, bei welchem mit eine Brennstoff oder Kra tstoff ein Plasma gebildet wird und das elektrische Verhalten des Plasmas und/ oder das elektrische Verhalten der Umgebung des Plasmas gemessen wird.
2. Verfahren zur Prüfung der Erosivitat in einer Brennkammer, bei welchem mit einem Brennstoff oder Kraftstoff in der Brennkammer ein Plasma gebüdet wird und das elektrische Verhalten des Plasmas und/ oder das elektrische Verhalten der Umgebung des Plasmas gemessen wird.
3. Verfahren zur Prüfung der Erosivitat von schwefelarmem Brennstoff oder Kraftstoff, bei welchem mit einem schwefelarmen Brennstoff oder Kraftstoff ein Plasma gebildet wird und das elektrische Verhalten des Plasmas und/ oder das elektrische Verhalten der Umgebung des Plasmas gemessen wird
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Potential oder/ und der Stromfluss zwischen zwei im Plasma angeordneten Messelektroden (31,39 oder 40) gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Potential oder/ und der Stromfluss zwischen einer Messelektrode (31) und einem Teil einer Brennkarruner (z.B. 39) gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Plasma aktiv eine elektrischen Spannung eingebracht wird und gleichzeitig das Potential oder/ und der Stromfluss gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselspannungsfeld in das Plasma eingebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichspannung auf das Plasma beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechsel- oder Gleichspannύngsfeld über zwei im Plasma angeordnete Elektroden (33) beaufschlagt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Beaufschlagen einer elektrischen Spannung auf den Kraft- oder Brennstoff das Plasma hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenn- oder Kraftstoff verbrannt wird.
12. Verf hren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsverlauf der gemessenen Spannungen zwischen den Messelektroden (3139,40) beurteilt wird, bei einem mit einem Additiv behandelten Brennstoff insbesondere unter Berücksichtigung der Messwerte einer Prüfung des selben, jedoch unbehandelten Brennstoffes beurteüt wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der im Plasma umgerichteten zweiten HalbweUe des gemessenen Potentials beurteilt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in die Beurteilung die Maximalwerte der ersten HalbweUe mit einbezogen werden.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Prüfvorrichtung anhand eines Vergleichsbrenn-oder -kraftstoffes, vorzugsweise anhand von zwei ungleichen Vergleichsbrenn- oder -kra tstoffen geeicht wird.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter bei der Durclüuhrung der Prüfung innerhalb von Grenzwerten gehalten werden, insbesondere: die Geometrie, das Material und die Temperatur des Prüflings, die Geometrie, das Material und die Position der Messelektroden, der C02-Gehalt, der 02-Gehalt, der CO-Gehalt, der CxHy-Gehalt, der Russ, die Russpartikel, der SO-, S02-, NO- und der N02-Gehalt, der Druck des Prüfmediums vor der Düse, der Düsentyp, der Sprtihwinkel etc. der Düse, der Druck in der Zone der Verdampfung und der Zone der Verbrennung, der Druck beim Luftansaugen, die Temperatur und die Feuchtigkeit der Verbrennungsluft, die Leistung, die Brennkamrnergeornetrie, der Werkstoff der Brennkainmerkühlung, die Temperatur der Brerinkarnmerkühlung, die Geometrie der Luftführung beim Eintritt der Verbrennungsluft in den Verdampfer, der Referenzbrennstoff zur Überprüfung der Prüfvorrichtung.
17. Vorrichtung zur Prüfung der Erosivitat der Verbrennungsbedingungen bei der Verbrennung von Brennstoff und Kraftstoff in einer Brennkammer (z.B. 11), mit einer Kathode (31) und einer Anode (39,40) als Messelektroden und einer Einrichtung (49) zum Messen und elektronischen Verarbeiten von durch die Messelektroden (31, 39, 40) ermittelbaren elektrischen Werten.
18- Vorrichtung zur Prüfung von Brennstoff und Kraftstoff, mit einer Plasmakammer (11), einer Einrichtung (13,15,17,19,21) zum Einbringen von Brenn- oder Kraftstoff in die Plasmakammer (11), Mitteln (3335) zum Schaffen eines Plasmas aus dem Brenn- oder Kra tstoff, einer Kathode (31) und einer Anode (39) als Messelektroden, sowie einer Einrichtung (49) zum Messen und elektronischen Verarbeiten der durch die Messelektroden (31,39) ermittelbaren elektrischen Werte.
19. Vorrichtung zur Verhinderung von Erosionen an den Teilen einer Brennkammer bei der Verbrennung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff, welche Vorrichtung Mittel zur Beeinflussung des Potentials in einem Plasma des Brennstoffs aufweist, insbesondere wenigstens eines der folgenden Mittel: eine oder zwei Elektroden und eine mit diesen verbundene Spannungsquelle, eine Opferanode.
20. Verfahren zur Prüfung der Verbrennungsbedingungen in einer Verbrennungsanlage, bei welchem mit einem Brennstoff oder Kraftstoff ein Plasma gebildet wird und das elektrische Verhalten des Plasmas und/ oder das elektrische Verhalten der Umgebung des Plasmas gemessen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet dass die Verbrennungsbedingungen verändert werden und konstant derselbe Kra t oder Brennstoff verwendet wird.
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