FI68730C - Foerfarande och anordning foer maetning av kolhalt i flygaska - Google Patents

Description

1 68730

MENETELMÄ JA LAITE LENTOTUHKAN HI ILIPITOISUUDEN MITTAAMISEKSI - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR MÄTNING AV KOLHALT I FLYGASKA

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto lentotuhkan hiilipitoisuuden mittaamiseksi jatkuvatoimi-sesti. Menetelmä ja laitteito on tarkoitettu erityisesti hiilikäyttöisen voimalaitoskattilan lentotuhkan hiili-5 pitoisuuden määritykseen.

Hiilikäyttöisen voimalaitoskattilan lentotuhka sisältää monenlaisia aineita, joista pääosan muodostavat SiC>2, AI2O3, Fe2C>3, CaO, MgO ja palavat aineet. Palavien aineiden, so. pääasiassa hiilen pitoisuus lentotuhkassa 10 eli ns. hiilihäviö on yleensä 1-2 p-%. Suurissa laitoksissa on mahdollista päästä arvoon 0,5 p-%, mutta jos hiilen jauhatuksessa käytettävien myllyjen ja polttimien säätö ei ole kohdallaan tai laitteet ovat viallisia, voi häviö olla jopa 3-5 p-%. Hiilihäviö, so. tuhkan 15 mukana hukkaan joutunut hiili merkitsee pahimmassa tapauksessa erittäin suuria kustannuksia. Esim. 500 Mw voimalaitoksessa (käyntiaika 6000 h/a, kulutussuhde 2,6, hiilen hinta 300 mk/t) on polttoainekustannus noin 340 milj. mk, ja 1 % hiilihäviö lentotuhkassa 20 on vuositasolla 3,4 milj. mk.

Edelleen lentotuhkan hiilipitoisuuden seuranta on olennaisesti tärkeää myös tuhkan hyötykäyttöä ajatellen. Liian korkean hiilipitoisuuden omaavan lentotuhkan käyttö ei ole mahdollista esim kevytsoratuotantoon, 25 laastin aineosana, sementin aineosana jne. Edelleen hiilipitoisuuden vaihtelu rajoittaa lentotuhkan käyttöä tiilituotantoon, autoklaavituotteiden raaka-aineena jne.

Nykyisin hi ilikäyttöisten voimalaitosten lento-30 tuhka analysoidaan käyttölaboratorioissa tavanomaisin analyyttisin menetelmin. Tulokset saadaan usein vasta vuorokausien jälkeen näytteenotosta. Saatuja hiilihäviön lukuarvoja ei täten juurikaan voida käyttää ohjearvoina i 2 68730 polttoprosessin säädössä ja hiilihäviöiden säätämiseksi halutulle tasolle.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt epäkohdat. Erityisesti keksinnön 5 tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä ja laitteisto lentotuhkan hiilipitoisuuden mittaamiseksi jatkuvatoimisesta siten, että mittausarvoja voidaan käyttää prosessin säätöön hiilihäviöiden säätämiseksi halutulle tasolle.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesimerkkien avulla viitaten oheiseen piirustukseen, jossa 15 kuva 1 esittää kaaviokuvaa keksinnön mukaisesta mittaus-periaatteesta, kuva 2 esittää keksinnön mukaista laitteistoa lohkokaaviona , kuva 3 esittää keksinnön mukaista laitteistoa liitettynä 20 lentotuhkan sähkösuodattimen keräyssuppi]on yhteyteen, kuva 4 esittää keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettujen mittaustulosten ja laboratorioanalyysien välistä korrelaatiota, ja kuva 5·esittää poikkileikkausta erääseen keksinnön 25 mukaiseen laitteistoon kuuluvasta kyvetistä.

Keksintö perustuu siihen tietoon, että kivihiiltä kuumennettaessa sen sisältämät orgaaniset aineet häviävät ja jäljelle jäävä hiilijäännös on ominaisuuksiltaan lähes puhtaan hiilen kaltainen, mm. hyvä johde. 30 Mittauselementti on kondensaattori, jonka levyjen välistä mitattava lentotuhka on järjestetty virtaamaan. Kuvassa 1 on esitetty mittausjärjestely yksinkertaistetussa muodossa. Kondensaattori levy jen 2 kapasitanssi saadaan kaavasta C = E x Λ/D (1) 3 68730

Kondensaattori levyjen pinta-ala ja välimatka ovat vakiot. Ainoa muuttuja on kondensaattori levyjen välisen tuhkan dielektrisyyskerroin. Summattaessa kuvassa 1 vyöhykkeen dA sarjassa olevat differentiaalikon-5 densaattorit saadaan dC = (Et x dA) / (D - Σ lj_) (2) jossa Et on tuhkan näennäinen dielektrisyyskerroin, 10 joka sisältää tuhkassa olevan ilman vaikutuksen. Kun summaus suoritetaan koko kondensaattorin pinta-alan yli ja oletetaan, että yksittäisten partikkelien sijasta hiili muodostaa kondensaattorilevyjen väliin kiinteän kerroksen, paksuus L (oletettu vakioksi levyjen väli-15 sellä alueella), saadaan kokonaiskapasitanssi C = (Et x A) / (D - L) (3)

Yhtälön 3 mukaan lentotuhkan jäännöshiili 20 vaikuttaa kapasitanssiin samoin kuin kondensaattorilevy-jen välissä oleva sähköjohde. Se pienentää efektiivi-sesti levyjen välimatkaa. Yhtälö on tarkka, jos hiili-partikkelit ovat ohuita kondensaattorilevyn suuntaisia laattoja, sen sijaan pyöreähköillä partikkeleilla rauna-25 efekti vaikuttaa myös kapasitanssiin. Täten partikkelien koko ja muoto vaikuttavat jossain määrin mittauksen.

Mittaukseen vaikuttaa myös tuhkan pakkaustiheys eli tuhkapartikkelin väliin jäävä ilman määrä. Mittauksen aikana tapahtuvat pakkaustiheyden muutokset pyritään 30 pitämään pieninä kalibrointivaiheessa säädetyn näyte-virran ja mekaanisten kopistelijoiden avulla, jotka säätävät pystyyn mittauskyvettiin vapaasti valuvan tuhkan määrää.

Kuvassa 4 on esitetty keksinnön mukaiseila 35 menetelmällä saavutettujen mittaustulosten ja samanaikaisesti tehtyjen laboratorioanalyysien korrelaatio. Vaaka-akselilla on esitetty laboratorioanalyyseissä saadut 4 68730 hiilihäviöt p-% ja pystyakselilla keksinnön mukaisella menetelmällä saadut mittaustulokset.

Kuvassa 2 näkyy keksinnön mukainen menetelmä lohkokaaviona eräässä keksinnön mukaisessa mittausyksi-5 kössa. Menetelmässä syötetään tuhkaa jatkuvatoimisesti mittauskyvetin 1 lävitse mittauskondensaattorilevyjen 2 välistä. Tuhkan sisältämän hiilen aiheuttama kondensaattorin kapasitanssin muutos mitataan, ja mainittua kapasitanssin muutosta vastaava mittasignaali muodoste-10 taan, joka tällöin karakterisoi tuhkan hiilipitoisuutta.

Kuvassa 2 vaihtojännite muodostetaan värähtelypiirissä 11 ja johdetaan mittauselementtiin 12, so. kondensaattoriin 2. Mittauselementin lävitse johdetaan tuhkaa jatkuvatoimisesti mittauskyvetin 1 lävitse konden-15 saattorilevyjen 2 välistä. Mittauselementistä, so. kon densaattorista mittaussignaali johdetaan elimien 4, so. nollausyksikön 4', mittasignaa1 in säätöyksikön 4' ' , vaimentimen 4''' kautta jännite/virtamuuttimeen 4111^ ulostulo on lineaarinen standardiviesti. Yksi-20 köissä 4' - 4 * *' ' kondensaattorilta 2 saatu viesti vahvistetaan, tasasuunnataan ja muunnetaan virtaviestik-si, joka voidaan kytkeä haluttuun tulostuslaitteeseen tai esim. ohjaamaan ko. prosessia.

Kuvassa 3 näkyy mittausyksikkö 13 hiilikäyttöi-25 sen voimalan sähköisen tuhkasuodattimen kokoojasuppilon 8 yhteydessä. Mittausyksikköön 13 kuuluu mittauselement-ti 12 pystyine sivuttaisseinämien 3 rajoittamine kyvet-teineen 1. Tuhka on järjestetty valumaan vapaasti tuhka-linjasta, so. suppilosta 8 kyvettiin 1 pystyn tuhkaput-30 ken 7 kautta, joka viimeksi mainittu muodostaa kyvetin jatkeen ylöspäin ja litttää kyvetin suppiloon. Kyvetin 1 alapään yhteyteen on järjestetty tuhkakuljetin 5, esillä olevassa sovellutuksessa lokerosyötin poistamaan vakionopeudella tuhkaa kyvetin alapäästä tuhkan johtami-35 seksi kyvetin läpi vakionopeudella. Lokerosyöttimen käyttölaitteen 15, kuten moottorin kierrosluku on säädettävissä siten, että lokerosyöttimen ku1jetusnopeus 5 68730 ja siten tuhkavirta kyvetin 1 lävitse on säädettävissä. Kokoojasuppiloon 8 on liitetty kopistelija 9, joka on järjestetty kopistamaan tuhkaa suppilosta tuhkaput-keen 7 vakioaikavälein. Kopistelija 9 on paineilmakäyt-5 töinen ja muodostuu ns. painei1makanuunasta, jolla ammutaan suppilon 8 runkoon. Iskun tajuus ja teho voidaan säätää aikareleen 16 ja paineenalennusventtiiIin 17 avulla.

Laitteen ollessa toiminnassa suodatinsuppiloon 10 kerääntyvästä tuhkasta valuu sivuvirta tuhkaputkeen 7 sekä edelleen kyvettiin 1. Tuhka täyttää putken ja kyvetin ja poistuu kyvetin alapään yhteyteen liitetyn lokerosyöttimen 5 käydessä vakionopeudella. Samanaikaisesti tuhkaputkeen valuu lisää tuhkaa, jolloin kyvetin 15 lävitse virtaava tuhkamäärä pysyy vakiona. Lokerosyötin 5 säädetään säätölaitteen 15 avulla siten, että tuhka pakkautuu jatkuvasti kyvettiin tämän ollessa kaiken aikaa täynnä tuhkaa, tuhkan tiheys kyvetissä olennaisesti vakio.

20 Tuhkaputki on edelleen varustettu lämpömitta rilla 10 tuhkaputken tukkeutumisen havaitsemiseksi. Läm-pötilavaihtelujen hävitessä tuhkaputkessa 7 ja lämpötilan alkaessa laskea tuhkaputkessa tämä indikoi tuhkaputken tukkeutumista.

25 Kuvassa 5 näkyy erääseen keksinnön mukaisen laitteistoon kuuluva mittauskuvetti vaakasuuntaisena leikkauksena. Kyvetti 1 on pääasiassa pysty, sivuttais-seinämien 3 rajoittama putkimainen läpivirtauselin. Kyvetti on valmistettu esim. lasista. Putkimainen kyvetti 30 on puristettu kokoon sivuttaissuunnassa siten, että vastakkaiset seinämät 3' ovat tasomaiset. Kondensaatto-rilevyt 2 on kiinnitetty mainittujen vastakkaisten seinämien ulkopuolelle näitä vasten ja olennaisesti yhdensuuntaisina siten, että kyvetin lävitse mainittujen 35 levyjen välistä johdettavan tuhkan sisältämän hiilen aiheuttamat kondensaattorin kapasitanssimuutokset ovat mitattavissa kondenssaattorin avulla.

6 687 30

Suoritusesiraerkit on tarkoitettu keksinnön havainnollistamiseksi rajoittamatta tätä millään tavoin.

5

Claims (10)

1. Menetelmä lentotuhkan hiilipitoisuuden mittaamiseksi jatkuvatoimisesti, tunnettu siitä, että menetelmässä syötetään tuhkaa jatkuvatoimisesti mittauskyvetin (1) lävitse mittauskondensaattorilevyjen 5 (2) välistä, mitataan tuhkan sisältämän hiilen aiheut tama kondensaattorin kapasitanssin muutos sinänsä tunnetulla tavalla, ja muodostetaan mittasignaali, joka karakterisoi tuhkan hiilipitoisuutta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että tuhka syötetään mittauskyvetin (1) lävitse siten, että tuhka täyttää kyvetin mittauksen aikana.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuhka syötetään 15 olennaisesti pystyyn sivuttaisseinämien (3) rajoittamaan kyvettiin (1) siten, että tuhka pakkautuu mainittuun kyvettiin, ja että tuhka poistetaan vakionopeudella kyvetin alapäästä.

4. Laitteisto lentotuhkan hiilipitoisuuden 20 mittaamiseksi, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu: mittauskyvetti (1), jonka lävitse tuhka on järjestetty syötettäväksi jatkuvatoimisesti, sekä sinänsä tunnetut kondensaattori (2), joka on järjestetty mittaamaan kyvetin lävitse syötettävän tuhkan kapasitans-25 siä, ja elimet (4) tuhkan hiilipitoisuutta karakterisoivan mittasignaalin muodostamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mittauskyvetti (1) muodostuu sivuttaisseinämien (3) rajoittamasta putkimaisesta 30 tuhkan läpivirtauselimestä, jonka kahdelle puolelle kondensaattori levyt (2) on sijoitettu siten, että tuhka kulkeutuu kondensaattorilevyjen välitse.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kyvetti (1) on 35 sijoitettu pääasiassa pystyyn, että kyvetin (1) alapään 8 68730 yhteyteen on järjestetty tuhkakuljetin (5) poistamaan vakionopeudella tuhkaa kyvetin alapäästä tuhkan johtamiseksi kyvetin läpi vakionopeudella.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, 5 tunnettu siitä, että tuhkakuljettimen (5) kul- jetusnopeus on säädettävissä.

7 68730

8. Jonkin patenttivaatimuksista 4-7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kyvetti (1) on sijoitettu tuhkan läpivirtauslaitteen (8) yhteyteen 10 siten, että mainitusta laitteesta johtaa pääasiassa pysty tuhkaputki (7) kyvettiin (1).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että läpivirtauslaite (8) muodostuu kokoojasuppilosta, johon tuhkaa johdetaan, ja 15 että laitteistoon kuuluu kopistelija (9), joka on järjestetty kopistelemaan tuhkaa suppilosta tuhkaputkeen (7) vakioväliajoin.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tuhkaputki (7) 20 on varustettu lämpömittarilla (10) tuhkaputken tukkeutumisen havaitsemiseksi. 687 30 I 9