EP2286150A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer partikelumwandlungsintensität - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer partikelumwandlungsintensität

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EP2286150A1
EP2286150A1 EP09757232A EP09757232A EP2286150A1 EP 2286150 A1 EP2286150 A1 EP 2286150A1 EP 09757232 A EP09757232 A EP 09757232A EP 09757232 A EP09757232 A EP 09757232A EP 2286150 A1 EP2286150 A1 EP 2286150A1
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reference surface
area
volume flow
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Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48Apparatus; Plants
    • C10J3/482Gasifiers with stationary fluidised bed
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/723Controlling or regulating the gasification process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916Biomass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00Flame sensors
    • F23N2229/20Camera viewing

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for loading ⁇ humor a particle intensity conversion in carburetors, preferably entrained flow gasifiers, in principle, but also in conjunction brennungs-, sublimation and evaporation processes according to the first and the sixth claim.
  • pressurized transfer of liquid and suspended solid particulate fuels such as e.g. so-called slurries biomass-derived pyrolysis products (cokes, condensates, oils) as raw materials for raw synthesis gases (such as city gas).
  • biomass-derived pyrolysis products cokes, condensates, oils
  • raw synthesis gases such as city gas
  • the transfer of the particles (solid or aerosol) takes place in the context of an endothermic reaction in which the said fuels are reacted with oxygen in substoichiometric ratio to hydrocarbons.
  • the areas in which this transfer takes place are referred to below as particle conversion areas.
  • an entrainment gasification is carried out continuously in an entrained flow gasifier, in which the abovementioned starting materials are injected together into a pressure atomizer carrier air and a separate oxygen-containing gas stream in a reaction space and are passed through this as a gasification volume flow.
  • the conversion takes place in a particle conversion region in the reaction space, which - if necessary - heating means such as burners or other heating elements, which act either directly into the reaction space or indirectly on the Christsraumwandung for maintaining the endothermic reaction.
  • the object of the invention is to propose an apparatus and a method which allows a continuous determination of the particle conversion intensity including its distribution in a gasifier or other process for particle gasification and as a control variable for a process control, e.g. the power supply control is approachable.
  • the invention relates to an apparatus and a method for determining the particle conversion intensity distribution when the particles are converted into a gaseous state. This is preferably done by gasification of the solid or liquid located in a gasification volume flow particles in a carburetor, preferably in an air flow gasifier mentioned above.
  • Other conversion processes such as e.g. Burns, sublimations or evaporations, in which the said particles are preferably converted into the gaseous state in a continuous volume flow, should in principle be regarded as being within the range of equivalency of the invention.
  • the essence of the invention is the use of one or more in the visible wavelength range measuring camera, which receive the particles in a continuous volume flow, preferably the gasification volume flow in front of a camera arranged on the reference surface.
  • the receiving area of the camera crosses the volume flow, e.g. the gasification volume flow of the carburetor.
  • the reference surface is in the recording area, with the
  • the detected intensities eg Radiation intensity
  • the detected intensities are assigned to a downstream evaluation unit, in particular the particle conversion intensity, particle concentration, distribution, radiation and / or dynamics of the gasification, combustion, evaporation or sublimation.
  • the reference surface has a design or conditioning that does not affect the aforesaid detected intensities of the particles by the cameras or in a correctable manner. What is essential here is the surface temperature of the reference surface which, if any, emits a preferably lower or different radiation intensity than the recorded particles. Preferably, the surface temperature of the reference values is lower than the particle temperature by the aforementioned design or conditioning.
  • the said design comprises constructive measures, e.g. an arrangement at a cooler point in the gasification volume, combustion chamber, evaporation volume or sublimation volume or at heat-dissipating components (cooling fins, thermal bridges from the aforementioned volumes).
  • the conditioning preferred for better controllability of cooling involves the use of active reference surface cooling elements, e.g. the use of liquid or gaseous cooling media, which pass through a heat exchanger conducted by this heat.
  • the reference surface is formed by a surface of a heat exchanger, for example a micro heat exchanger.
  • the evaluation unit and the evaluation taking place in it serves to detect at least one intensity value in the measuring range.
  • the output is either as visual information via screen or measurement signal, alternatively as a controlled variable for a process control for the gasification combustion, evaporation or
  • the evaluation preferably comprises the aforementioned separation of the intensity values of the particle and the reference surface, provided the intensity component of the reference surface does not - A - is negligibly small or the further evaluation of the recorded intensity is not inadmissible falsified, that is tolerable.
  • a preferred evaluation comprising at least one low pass or average filtering of the particle conversion intensity values at otherwise steady process conditions serves to selectively detect changes in the particle concentration.
  • the process described by way of example for an entrainment gasification can be optimally regulated by virtue of the fact that the primary air, the slurry feed and the temperature in the entrained flow gasifier can be correspondingly adapted in a timely manner.
  • the particle content (coke content) of the slurry can be estimated via the particle conversion intensity with otherwise constant process conditions. This information offers further possibilities for optimal management of the process.
  • the measurement area preferably comprises a particle conversion area, preferably the liquid or solid particle, into the gaseous state.
  • a segment-wise detection of the measuring range takes place.
  • the measuring range is subdivided into at least two measuring range segments, wherein the intensity values of each of these measuring range segments in the recording of the camera are separately detected and evaluated by the evaluating unit.
  • This can also be realized with a plurality of cameras and / or reference surfaces at different locations, with the receiving areas of the cameras crossing the gasification volume flow at different locations. All of these measures do not preclude a possible correlation of the intensity values among one another from different, preferably adjacent measuring range segments, for example for a verification of the individual values or for tracking dynamic effects.
  • the camera is preferably a video camera with a high dynamic range (eg CMOS camera with logarithmic characteristic) for a continuous recording of the measuring ranges, preferably for a process control. In this case, it is preferably combined with a continuous acquisition of the intensity values in the evaluation unit.
  • a high dynamic range eg CMOS camera with logarithmic characteristic
  • the invention includes a method of determining particle conversion intensity and / or distribution using a device having the aforementioned features.
  • the method includes recording the gasification volume flow in the measuring range with the camera and forwarding the recordings to an evaluation unit for detecting at least one intensity value in the measuring range.
  • Fig.l an embodiment of an upper part of an entrained flow gasifier with three cameras and a reference surface
  • slurry heterogeneous pasty mixture with solid and fluid constituents
  • the mixture of substances conducted through the feeders 3 to 5 into the interior of the entrained-flow gasifier is forwarded there as a common gasification volumetric flow 6, in which process the abovementioned endothermic gasification reaction is initiated spontaneously.
  • the receiving areas 8 of three cameras 7 inserted into wall openings of the entrainment gasifier 1 cross the gasification volume flow 6.
  • the three receiving areas 8 extend onto a common positively cooled reference area 9.
  • An essential process in the gasification of coke / oil slurries is the conversion (burning) of solid coke particles.
  • the invention uses the electromagnetic radiation emitted in the visible wavelength range during the conversion of the particles. This is detectable within the scope of the described embodiment with three commercially available camera systems 7 (for example CMOS cameras) in the illustrated spatial distribution.
  • the reference surface facilitates the differentiation of the particle radiation from the background radiation. This has structurally conditioned or actively cooled a significantly lower temperature and thus emission of electromagnetic radiation as the particles.
  • an already existing cover of a viewing glass opposite the cameras which was originally designed for visual gasification control and is used, for example, as a cool reference surface and therefore as a measuring region. can be cooled by gas convection on the outwardly facing surface.
  • the average radiation intensity in the region of the reference surface is calculated by digital image processing. This value represents a measure of the intensity of particle turnover for the area covered by the camera. Furthermore, the detected area (measuring area) is divided into segments. For each segment, the mean radiation intensity can be calculated separately, whereby the distribution of the intensity of the particle turnover is determined.
  • the entire region of the gasification volumetric flow 6 relevant for the particle turnover can be detected and monitored in the entrained flow gasifier.
  • the distribution of the intensity of the particle conversion for the entire relevant area in the air flow gasifier can be determined.
  • a measure of the temporal variation of the particle conversion can be calculated by calculating its variation over a predefinable time window.
  • the average radiation intensity filtered over a given time window lowpass changes little for a considered segment.
  • the mean radiation intensity changes noticeably, so that even a low-pass or average filtered value for the average radiation intensity undergoes a clear change.
  • 2 shows, by way of example, the temporally filtered value of an average radiation intensity 10 (digital camera output signal, 8-bit camera resolution) as a function of the particle content 11 in [% by weight] of a slurry injected into the entrained-flow gasifier as the result of an exemplary experiment.
  • the other company sizes were left almost unchanged.
  • the radiation intensity shows a significant reproducible dependency on the particle content verified in further experiments (not shown) and can therefore be used as a reliable monitoring and / or controlled variable for comparative experiments as well as for temperature monitoring in gasification.

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Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung einer Partikelumwandlungsintensität in einem Vergaser. Die Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung so zu gestalten, dass sie eine laufende Bestimmung der Partikelumwandlungsintensität in einem Vergaser oder sonstigen Prozess für eine Partikelvergasung ermöglicht und als Regelgröße für eine Energiezufuhrregelung heranziehbar ist. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, umfassend eine Kamera (7) zur Aufnahme eines sichtbaren Wellenlängenbereichs in einem Aufnahmebereich (8), der einen Vergasungsvolumenstrom (6) des Vergasers kreuzt, eine gekühlte Referenzfläche im Aufnahmebereich, wobei der Vergasungsvolumenstrom zwischen Kamera und Referenzfläche (9) verläuft und die Schnittfläche von Aufnahmebereich und Referenzfläche einen Messbereich bildet sowie eine Auswerteinheit zur Erfassung mindestens eines Intensitätswertes im Messbereich, gelöst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Partikelumwandlungsintensität
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Be¬ stimmung einer Partikelumwandlungsintensität in Vergasern, vorzugsweise Flugstromvergasern, grundsätzlich aber auch in Ver- brennungs-, Sublimations- und Verdampfungsvorgängen gemäß des ersten und des sechsten Patentanspruchs.
Bei einer Flugstromvergasung erfolgt eine druckgestütze Überführung von flüssigen und suspendierten festen, insbesondere partikelförmigen Brennstoffen wie z.B. sog. Slurries aus Biomasse gewonnenen Pyrolyseprodukte (Kokse, Kondensate, Öle) als Ausgangsstoffe zu Rohsynthesegase (wie z.B. Stadtgas) . Die Überführung der Partikel (Feststoff oder Aerosol) erfolgt im Rahmen einer endothermen Reaktion, bei der die genannten Brennstoffe mit Sauerstoff in unterstöchiometrischem Verhältnis zu Kohlenwasserstoffe umgesetzt werden. Die Bereiche, in denen diese Überführung stattfindet, werden im Folgenden Partikelumwandlungsbereiche genannt.
Vorzugsweise erfolgt eine Flugstromvergasung kontinuierlich in einem Flugstromvergaser, in dem die vorgenannten Ausgangstoffe in eine Druckzerstäuberträgerluft sowie ein separater Sauerstoffhaltiger Gasstrom gemeinsam in einen Reaktionsraum eingedüst werden und als Vergasungsvolumenstrom durch diesen geleitet werden. Die Umwandlung erfolgt in einem Partikelumwandlungsbereich im Reaktionsraum, der für die Aufrechterhaltung der endothermen Reaktion - sofern erforderlich - Heizmittel wie Brenner oder andere Heizelemente, die entweder direkt in den Reaktionsraum oder indirekt auf die Reaktionsraumwandung wirken, aufweist.
Für eine optimale Vergasung z.B. von Koks/ÖI-Slurries in einem Flugstromvergaser ist die Kenntnis über die aktuelle Intensität des Partikelumsatzes sowie deren räumliche Verteilung im Vergaser von entscheidender Bedeutung. Insbesondere nicht homogene Ausgangsprodukte und/oder sich ändernde Vergasungsvolumenströme erfordern für eine effektive Umwandlung eine ständige Anpassung der
Energiezufuhr für die Aufrechterhaltung der endothermen Reaktion.
Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die eine laufende Bestimmung der Partikelumwandlungsintensität inkl. deren Verteilung in einem Vergaser oder sonstigen Prozess für eine Partikelvergasung ermöglicht und als Regelgröße für eine Prozessregelung, z.B. der Energiezufuhrregelung heranziehbar ist.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung und einem Verfahren mit den Merkmalen gem. des ersten bzw. des sechsten Patentanspruchs gelöst. Auf diese rückbezogene Unteransprüche umfassen vorteilhafte Ausgestaltungen .
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Partikelumwandlungsintensitätsverteilung bei einer Überführung der Partikel in einen gasförmigen Zustand. Dies erfolgt vorzugsweise durch Vergasung der fest oder flüssig in einem Vergasungsvolumenstrom befindlichen Partikel in einem Vergaser, vorzugsweise in einem eingangs genannten Flugstromvergaser. Andere Umwandlungsvorgänge wie z.B. Verbrennungen, Sublimationen oder Verdampfungen, bei denen die genannten Partikel vorzugsweise in einem kontinuierlichen Volumenstrom in den gasförmigen Zustand überführt werden, sind grundsätzlich als im Äquivalenzbereich der Erfindung befindlich anzusehen.
Das Wesentliche an der Erfindung ist der Einsatz einer oder mehreren im sichtbaren Wellenlängenbereich messenden Kamera, die die Partikel in einem kontinuierlichen Volumenstrom, vorzugsweise des Vergasungsvolumenstrom vor einer gegenüber der Kamera angeordneten Referenzfläche aufnehmen. Der Aufnahmebereich der Kamera kreuzt dabei den Volumenstrom, z.B. den Vergasungsvolumenstrom des Vergasers. Die Referenzfläche liegt im Aufnahmebereich, wobei der
Vergasungsvolumenstrom zwischen Kamera und Referenzfläche verläuft und die Schnittfläche von Aufnahmebereich und Referenzfläche einen Messbereich bildet. Die erfassten Intensitäten (z.B. Strahlungsintensität) werden einer nachgeschalteten Auswerteeinheit einem bestimmten Zustand insbesondere der Partikelumwandlungsintensität, Partikelkonzentration, Verteilung, Abstrahlung und/oder Dynamik der Vergasung, Verbrennung, Verdampfung oder Sublimation zugeordnet.
Die Referenzfläche weist eine Gestaltung oder Konditionierung auf, die die vorgenannten erfassten Intensitäten der Partikel durch die Kameras nicht oder in korrigierbarer Weise beeinflusst. Wesentlich ist dabei die Oberflächentemperatur der Referenzfläche, die - wenn überhaupt - eine vorzugsweise geringere oder andere Strahlungsintensität als die aufgenommenen Partikel emittiert. Vorzugsweise ist die Oberflächentemperatur der Referenzwerte durch die vorgenannte Gestaltung oder Konditionierung geringer als die Partikeltemperatur .
Die genannte Gestaltung umfasst konstruktive Maßnahmen, z.B. eine Anordnung an einer kühleren Stelle im Vergasungsvolumen, Brennraum, Verdampfungsvolumen oder Sublimationsvolumen oder an Wärmeableitenden Komponenten (Kühlrippen, Wärmebrücken aus den vorgenannten Volumina) .
Die wegen der besseren Regelbarkeit der Kühlung bevorzugte Konditionierung umfasst den Einsatz aktiver Kühlelemente für die Referenzfläche, z.B. den Einsatz von flüssigen oder gasförmigen Kühlmedien, die durch einen Wärmetauscher geleitet durch diesen Wärme abführen. Vorzugsweise wird die Referenzfläche durch eine Oberfläche eines Wärmetauscher, beispielsweise eines Mikrowärmetauschers gebildet .
Die Auswerteinheit und die in dieser stattfindenden Auswertung dient Erfassung mindestens eines Intensitätswertes im Messbereich. Die Ausgabe erfolgt entweder als visuelle Information via Bildschirm oder Messsignal, alternativ als Regelgröße für eine Prozesssteuerung für die Vergasungs- Verbrennungs-, Verdampfungs- oder
Sublimationsregelung. Vorzugsweise umfasst die Auswertung vorgenannte Separierung der Intensitätswerte von Partikel und Referenzfläche, sofern der Intensitätsanteil von der Referenzfläche nicht - A - vernachlässigbar klein ist oder die weitere Auswertung der aufgenommenen Intensität nicht unzulässig verfälscht, d.h. tolerierbar ist.
Eine bevorzugte Auswertung, umfassend mindestens eine Tiefpass- oder Mittelwertfilterung der Partikelumwandlungsintensitätswerte bei ansonsten stationären Prozessbedingungen dient der selektiven Erfassung von Änderungen in der Partikelkonzentration.
So lässt sich mit Kenntnis der Partikelumwandlungsintensitätswerte der Prozess beispielhaft für eine Flugstromvergasung beschrieben optimal regeln, indem die Primärluft, die Slurry-Zufuhr sowie die Temperatur im Flugstromvergaser entsprechend zeitnah anpassbar sind. Des Weiteren lässt sich über die Partikelumwandlungsintensität bei sonst konstanten Prozessbedingungen der Partikelgehalt (Koksgehalt) des Slurry abschätzen. Diese Information bietet weitere Möglichkeiten zur optimalen Führung des Prozesses.
Der Messbereich umfasst vorzugsweise einen Partikelumwandlungsbereich vorzugsweise der flüssigen oder festen Partikel in den gasförmigen Zustand.
In einer bevorzugten Ausführung erfolgt eine segementweise Erfassung des Messbereichs. Der Messbereich wird in mindestens zwei Messbereichssegmente unterteilt, wobei die Intensitätswerte jedes dieser Messbereichssegmente in der Aufnahme der Kamera durch die Auswerteeinheit separat erfasst und ausgewertet werden. Dies ist auch mit mehreren Kameras und/oder Referenzflächen an unterschiedlichen Orten realisierbar, wobei die Aufnahmebereiche der Kameras an unterschiedlichen Stellen den Vergasungsvolumenstrom kreuzen. All diese Maßnahmen schließen eine mögliche Korrelationen der Intensitätswerte untereinander aus verschiedenen, vorzugsweise benachbarten Messbereichssegmenten z.B. für eine Verifikation der einzelnen Werte oder zur Verfolgung von dynamischen Effekten nicht aus . Die Kamera ist vorzugsweise eine Videokamera mit einem hohen Dynamikbereich (z.B. CMOS-Kamera mit logarithmischer Kennlinie) für eine laufende Aufnahme der Messbereiche vorzugsweise für eine Prozesssteuerung. Sie wird hierbei vorzugsweise mit einer laufenden Erfassung der Intensitätswerte in der Auswerteeinheit kombiniert.
Die Erfindung schließt ein Verfahren zur Bestimmung der Partikelumwandlungsintensität und/oder -Verteilung unter Verwendung einer Vorrichtung mit vorgenannten Merkmalen ein. Insbesondere schließt das Verfahren eine Aufnahme des Vergasungsvolumenstroms im Messbereich mit der Kamera sowie eine Weiterleitung der Aufnahmen zu einer Auswerteinheit zur Erfassung mindestens eines Intensitätswertes im Messbereich ein.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit den folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig.l eine Ausführungsform an einem oberer Teil eines Flugstromvergasers mit drei Kameras und einer Referenzfläche sowie
Fig.2 die experimentell erfasste Abhängigkeit des zeitlichen Mittelwerts der mittleren Strahlungsintensität vom Partikelgehalt von Slurries .
Fig.l zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung des oberen Teils eines Flugstromvergasers 1 mit einer Mehrstofflanze 2 mit einer Luftzuführung 3 (Sauerstoffzufuhr) , einer Zuführung für einen eingangs genannten Slurry 4 (Slurry = heterogenes pastöses Stoffgemisch mit soliden und fluiden Bestandteilen) sowie einer Primärluftzuführung 5 (Primär-/Zerstäuberluft ) . Derartige Flugstromvergaser dienen der Vergasung von Pyrolyseprodukten im Rahmen einer Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen. Der Slurry besteht dabei vorzugsweise aus soliden Kokspartikel und flüssigen Pyrolysekondensaten . Das durch die Zuführungen 3 bis 5 in das Innere des Flugstromvergasers geleitete Stoffgemisch wird in diesem als gemeinsamer Vergasungsvolumenstrom 6 weitergeleitet, wobei in diesem die eingangs genannte endotherme Vergasungsreaktion spontan eingeleitet wird. An drei aufeinander folgenden Positionen kreuzen die Aufnahmebereiche 8 dreier in Wandungsöffnungen des Flugstromvergaser 1 eingesetzte Kameras 7 den Vergasungsvolumenstrom 6. Im Innern des Flugstromvergasers auf der den Kameras gegenüberliegenden Seite erstrecken sich die drei Aufnahmebereiche 8 auf eine gemeinsame zwangsgekühlte Referenzfläche 9.
Ein wesentlicher Vorgang bei der Vergasung von Koks-/Öl-Slurries ist die Umwandlung (Abbrand) fester Kokspartikel. Die Erfindung nutzt die bei der Umwandlung von den Partikeln emittierte elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich. Diese ist im Rahmen der beschriebenen Ausführungsform mit drei handelsüblichen Kamerasystemen 7 (z.B. CMOS-Kameras) in der dargestellten räumlichen Verteilung erfassbar. Die Referenzfläche erleichtert die Unterscheidung der Partikelstrahlung von der Hintergrundstrahlung. Diese weist konstruktiv bedingt oder aktiv gekühlt eine deutlich niedrigere Temperatur und damit Emission elektromagnetischer Strahlung als die Partikel auf.
Als kühle Referenzfläche und damit als Messbereich dient beispielsweise ein bereits vorhandener Deckel eines den Kameras gegenüberliegenden Schauglases, das ursprünglich zur visuellen Vergasungskontrolle konzipiert ist und z.B. durch Gaskonvektion auf der nach außen weisenden Fläche kühlbar ist.
Durch die in der Erfindung enthaltene Auswerteeinheit wird die mittlere Strahlungsintensität im Bereich der Referenzfläche durch eine digitale Bildverarbeitung berechnet. Dieser Wert stellt ein Maß für die Intensität des Partikelumsatzes für den durch die Kamera erfassten Bereich dar. Weiterhin wird der erfasste Bereich (Messbereich) in Segmente unterteilt. Für jedes Segment lässt sich die mittlere Strahlungsintensität separat berechnen, wodurch die Verteilung der Intensität des Partikelumsatzes ermittelt wird.
Durch den Einsatz mehrerer Kameras 7 mit entsprechenden Optiken (vgl. Fig.l) lässt sich der gesamte für den Partikelumsatz relevante Bereich des Vergasungsvolumenstroms 6 im Flugstromvergaser erfassen und überwachen. Somit ist durch einen Vergleich der Aufnahmen in der Auswerteeinheit die Verteilung der Intensität des Partikelumsatzes für den gesamten relevanten Bereich im Flugstromvergaser ermittelbar.
Auf Basis einer segmentweise ermittelten mittleren Strahlungsintensität ist ferner durch Berechnung deren Variation über ein vorgebbares Zeitfenster ein Maß für die zeitliche Variation des Parti- ■ kelumsatzes berechenbar.
Im kontinuierlichen stationären Betrieb eines Flugstromvergasers ändert sich für ein betrachtetes Segment die über ein vorgegebenes Zeitfenster Tiefpass gefilterte mittlere Strahlungsintensität wenig. Kommt es jedoch im stationären Betrieb zu einer Veränderung des Partikelgehalts des Slurries, so ändert sich die mittlere Strahlungsintensität spürbar, so dass auch ein Tiefpass oder Mittelwert gefilterter Wert für die mittlere Strahlungsintensität eine deutliche Änderung erfährt. Fig.2 zeigt hierzu beispielhaft den zeitlichen gefilterten Wert einer mittleren Strahlungsintensität 10 (digitales Kameraausgangssignal, 8 Bit Kameraauflösung) in Abhängigkeit zu dem Partikelgehalt 11 in [Gew.%] eines in den Flugstromvergaser eingespeisten Slurrys als Ergebnis eines beispielhaften Experiments. Die sonstigen Betriebsgrößen wurden dabei nahezu unverändert belassen. Die Strahlungsintensität zeigt eine signifikante und in weiteren nicht dargestellten Versuchen verifizierte reproduzierbare Abhängigkeit vom Partikelgehalt und ist damit grundsätzlich für Vergleichsversuche sowie für Temperaturüberwachung bei einer Vergasung als zuverlässige Überwachungs- und/oder Regelgröße einsetzbar. Bezugszeichenliste
1 Flugstromvergaser
2 Mehrstoffzerstäuberlanze
3 Luftzuführung
4 Zuführung für einen Slurry
5 Primärluftzuführung
6 Vergasungsvolumenstrom
7 Kamera
8 Aufnahmebereich
9 Referenzfläche
10 Mittelwert einer mittleren Strahlungsintensität (digitales Kameraausgangssignal 8 Bit)
11 Partikelgehalt in [Gew.%]

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Partikelumwandlungsintensität in einem Vergaser, umfassend a) eine Kamera (7) zur Aufnahme eines sichtbaren Wellenlängenbereichs in einem Aufnahmebereich (8) , der einen Vergasungsvolumenstrom (6) des Vergasers kreuzt, b) eine gekühlte Referenzfläche (9) im Aufnahmebereich, wobei der Vergasungsvolumenstrom zwischen Kamera und Referenzfläche verläuft und die Schnittfläche von Aufnahmebereich und Referenzfläche einen Messbereich bildet, wobei der Messbereich einen Partikelumwandlungsbereich umfasst sowie c) eine Auswerteinheit zur Ermittlung mindestens eines Parti- kelumwandlungsintensitätswertes im Messbereich.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich in mindestens zwei Messbereichssegmente unterteilt ist und die Auswerteeinheit die Partikelumwandlungsinten- sitätswerte jedes dieser Messbereichssegmente separat erfasst.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Videokamera für eine laufende Aufnahme sowie die Erfassung eine laufende Erfassung ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung in der Auswerteeinheit mindestens eine Tiefpass- oder Mittelwertfilterung der Parti- kelumwandlungsintensitätswerte umfasst .
5. System, umfassend mindestens zwei der Vorrichtungen nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche der Kameras an unterschiedlichen Stellen den Vergasungsvolumenstrom kreuzen.
6. Verfahren zur Bestimmung einer Partikelumwandlungsintensität in einem Vergaser, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellung einer Kamera (7) zur Erfassung eines sichtbaren
Wellenlängenbereichs in einem Aufnahmebereich (8) , der einen Vergasungsvolumenstrom (6) des Vergasers oder der Brennkammer kreuzt, b) Bereitstellung einer gekühlten Referenzfläche (9) im Aufnahmebereich, wobei der Vergasungsvolumenstrom zwischen Kamera und Referenzfläche verläuft und die Schnittfläche von Aufnahmebereich und Referenzfläche einen Messbereich bildet, c) Aufnahme des Vergasungsvolumenstroms im Messbereich mit der Kamera, wobei die Aufnahme einen Partikelumwandlungsbereich umfasst , d) Weiterleitung der Aufnahmen zu einer Auswerteinheit zur Erfassung mindestens eines Partikelumwandlungsintensitätswertes im Messbereich.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme und die Erfassung der Partikelumwandlungsintensitäts- werte für mindestens zwei Messbereichssegmente im Messbereich separat erfolgen.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahme und die Erfassung laufend erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung mindestens eine Tiefpass- oder Mittelwertfilterung der Partikelumwandlungsintensitätswerte umfasst .
EP09757232A 2008-06-07 2009-05-29 Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer partikelumwandlungsintensität Not-in-force EP2286150B1 (de)

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DE102008027336A DE102008027336B4 (de) 2008-06-07 2008-06-07 Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Partikelumwandlungsintensität
PCT/EP2009/003843 WO2009146849A1 (de) 2008-06-07 2009-05-29 Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer partikelumwandlungsintensität

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EP2286150A1 true EP2286150A1 (de) 2011-02-23
EP2286150B1 EP2286150B1 (de) 2012-12-12

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09757232A Not-in-force EP2286150B1 (de) 2008-06-07 2009-05-29 Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer partikelumwandlungsintensität

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EP (1) EP2286150B1 (de)
DE (1) DE102008027336B4 (de)
WO (1) WO2009146849A1 (de)

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