FR2542090A1 - Method for determining heat losses by unburnt residues and device for implementation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les moyens de contrôle technologique et de régulation des processus de combustion des combustibles et a notamment pour objet un procédé de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés et les dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés. The present invention relates to technological control means and regulation of fuel combustion processes and in particular relates to a method of determining heat losses by unburnt and the devices for the implementation of these methods.
L'invention est prévue pour être appliquée aux systèmes de contrôle technologique et de régulation *es processus de combustion des combustibles dans les centrales thermiques, les chaufferies et les fours industriels brûlant des combustibles solides, liquides et gazeux. The invention is intended to be applied to technological control and regulation systems * fuel combustion processes in thermal power plants, boiler rooms and industrial ovens burning solid, liquid and gaseous fuels.
La qualité des processus de combustion d'un combustible est déterminée par le degré d'achèvement de la combustion dans les chambres de combustion. Les pertes calorifiques qui se produisent sont conditionnées par les imbrûlés gazeux et solides et impliquent un surplus de consommation de combustible. La valeur de ces pertes dépend tant de la conception des dispositifs du foyer et des systèmes de préparation du combustible à la combustion que des particularités de leur exploitation.Le contrôle de la valeur actuelle de ces pertes permet d'agir en temps opportun sur les paramètres du régime: admission du comburant (air), température du comburant, finesse du combustible. Le maintien de ces paramètres aux valeurs optimales permet de minimiser les pertes calorifiques par imbrûlés et, par conséquent, de réduire au minimum le surplus de consommation de combustible et les rejets de résidus imbrûlés dans l'environnement. The quality of the combustion processes of a fuel is determined by the degree of completion of combustion in the combustion chambers. The calorific losses which occur are conditioned by the gaseous and solid unburnt products and imply an excess of fuel consumption. The value of these losses depends both on the design of the firebox systems and on the systems for preparing fuel for combustion and on the specifics of their operation. Checking the current value of these losses allows timely action on the parameters of the regime: intake of oxidant (air), temperature of the oxidant, fineness of the fuel. Maintaining these parameters at optimal values makes it possible to minimize the calorific losses by unburnt products and, consequently, to minimize the excess of fuel consumption and the releases of unburnt residues into the environment.
A l'heure actuelle, le problème du contrôle des pertes calorifiques par imbrûlés n'est pas encore complètement résolu, surtout pour la marche avec un combustible solide, qui est accompagnée par des pertes calorifiques notables, dues tant aux imbrûlés solides qu'aux imbrûlés gazeux. C't la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés solides qui se heurte aux plus grandes difficultés.At the present time, the problem of controlling the calorific losses by unburnt is not yet completely resolved, especially for walking with a solid fuel, which is accompanied by significant calorific losses, due both to the solid unburned and to the unburned. gaseous. It is the determination of the calorific losses by solid unburnt which encounters the greatest difficulties.
La valeur des pertes calorifiques par imbrûlés solides ou gazeux s'exprime en pourcentage de la quantité de chaleur se dégageant lors de la combustion complète du combustible et se calcule à l'aide de formules tenant compte du pouvoir calorifique du combustible, de la composition des constituants combustibles dans les résidus de la combustion, de la chaleur de combustion, du taux de cendres du combustible et du taux de cendres des envols et des mâchefers. Ces valeurs varient notablement, même dans les limites d'un même arrivage de combustible. The value of the heat losses by solid or gaseous unburnt products is expressed as a percentage of the amount of heat produced during the complete combustion of the fuel and is calculated using formulas taking into account the calorific value of the fuel, the composition of the combustible constituents in the residues of combustion, of the heat of combustion, of the ash rate of the fuel and of the ash rate of the flights and bottom ash. These values vary considerably, even within the limits of the same fuel supply.
Le contrôle actuel des pertes calorifiques par im brûlés s'effectue d'ordinaire en déterminant et en dosant les constituants combustibles, les résultats de l'analyse servant à juger de la qualité de la combustion du combustible. Toutefois, l'inconstance des grandeurs entrant dans la formule de calcul entrain des erreurs notables dans la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés, ce qui ne permet pas d'optimiser la combustion, même quand le dosage des constituants combustibles dans les résidus de combustion du combustible est effectué d'une manière très précise. The current control of calorific losses by burned im is usually carried out by determining and measuring the fuel constituents, the results of the analysis being used to judge the quality of the combustion of the fuel. However, the inconsistency of the quantities entering into the calculation formula leads to significant errors in the determination of the calorific losses by unburnt, which does not make it possible to optimize the combustion, even when the dosage of the combustible constituents in the combustion residues of the fuel is carried out in a very precise manner.
On connais un procédé de détermination des imbrûlés gazeux résultant de la combustion d'un combustible liquide ou gazeux (cf., par exemple, certificat d'auteur d'inven- tion URSS n0402 790, classe F 23 N 5/14), dans lequel un échantillon de fumées est divisé en deux flux parallèles, une quantité dosée d'oxygène est admise dans l'un des flux, et une quantité prédéterminée de constituant combustible, dans l'autre. On achève la combustion du mélange dans chaque flux. D'après la quantité de chaleur dégagée dans le premier flux on juge de la quantité de substances combustibles dans l'échantillon, et d'après la chaleur dégagée dans le second flux, de la quantité d'oxygène se trouvant dans l'échantillon. There is a known method for determining unburnt gases resulting from the combustion of a liquid or gaseous fuel (cf., for example, USSR inventor certificate No. 402 790, class F 23 N 5/14), in which a sample of fumes is divided into two parallel streams, a metered amount of oxygen is admitted into one of the streams, and a predetermined amount of combustible constituent, into the other. The combustion of the mixture in each stream is completed. From the amount of heat given off in the first stream, the amount of combustible substances in the sample is judged, and from the heat given off in the second stream, the amount of oxygen in the sample.
La division de-l'échantillon en deux flux et l'introduction de réactifs supplémentaires complique le procédé et rend le résultat des mesures tributaire de la précision de l'admission dosée des réactifs; la valeur actuelle du pouvoir calorifique du combustible n'est pas prise en considération, ce qui abaisse la précision de détermination des pertes calorifiques. En outre, pour déterminer les pertes calorifiques, il est nécessaire d'effectuer des calculs complémentaires. Le procédé ne convient pas pour la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés solides. The division of the sample into two streams and the introduction of additional reagents complicates the process and makes the result of the measurements dependent on the precision of the metered admission of the reagents; the current value of the calorific value of the fuel is not taken into account, which lowers the accuracy of determining the calorific losses. In addition, to determine the heat losses, it is necessary to perform additional calculations. The method is not suitable for the determination of heat losses by solid unburnt products.
On connaRt un procédé de dosage des substance combustible dans les cendres volantes (cf., par exemple, certificat d'auteur d'invention URSS nO 391 355, classe F 23 N 5/24), dans lequel on fait passer un échantillon de cendres entre les armatures d'un condensateur électrique, et on mesure le changement de la capacité du condensateur qui est fonction du taux de carbone dans l'échantillon. There is a known method for dosing combustible substances in fly ash (cf., for example, USSR inventor certificate No. 391 355, class F 23 N 5/24), in which a sample of ash is passed between the plates of an electric capacitor, and we measure the change in the capacitance of the capacitor which is a function of the carbon content in the sample.
Quand la coacentration du carbone change, la valeur de la permittivité du milieu change dans le champ électrique du condensateur. Le résultat des mesures est fortement influencé par les autres constituants de l'échantillon, ainsi que par la présence d'impuretés étrangères. Cette circonstance rend insuffisante la précision des mesures du taux de substances cimbustibles dans l'échantillon et provoque une erreur générale dans la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés. When the coacentration of carbon changes, the value of the permittivity of the medium changes in the electric field of the capacitor. The result of the measurements is strongly influenced by the other constituents of the sample, as well as by the presence of foreign impurities. This circumstance renders the accuracy of the measurements of the rate of combustible substances in the sample insufficient and causes a general error in the determination of the calorific losses by unburnt.
On connaît un dispositif pour le dosage des substances combustibles dans les envols de cendres (cf., par exemple, certificat d'auteur d'invention URSS n0 375 449, classe
F 23 N 5/24), comprenant un échantillonneur, un trieur pour la séparation de la fraction 3e grosses particules de l'échantillon, un distributeur à vis d'Archimède, un condensateur et un indicateur du taux de carbone dans l'échantillon.A device is known for dosing combustible substances in ash flies (cf., for example, USSR inventor certificate No. 375 449, class
F 23 N 5/24), comprising a sampler, a sorter for the separation of the 3rd large particle fraction from the sample, an Archimedes screw distributor, a condenser and an indicator of the carbon content in the sample.
En faisant passer l'échantillon à travers le trieur, on élimine les particules fines de l1échantillon,ce qui fausse la représentativité de l'échantillon et accroc additionnellement terreur lors de la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés. By passing the sample through the sorter, fine particles are removed from the sample, which distorts the representativeness of the sample and additionally causes terror when determining the calorific losses by unburnt.
On connatt un procédé de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés, suivant lequel on prélève périodiquement un échantillon des produits de combustion, on le chauffe Jusqu'à la température d'inflammation du résidu combustible qui s'y trouve pour le brûler, et on détermine la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion de l'échantillon, d'après laquelle on Juge des pertes calorifiques par imbrûlés (cf., par exemple,
K.N. Popov, E.V. Agafonov, L.N. Natonine, "Dispositif pour la détermination des pertes par imbrûlés solides", revue "Electricheskie stantsy", n0 1,1973).There is known a method for determining the heat losses by unburnt, according to which a sample of the combustion products is periodically taken, it is heated up to the ignition temperature of the combustible residue therein for burning, and it is determined the quantity of heat released during the combustion of the sample, according to which one judges calorific losses by unburnt (cf., for example,
KN Popov, EV Agafonov, LN Natonine, "Device for the determination of losses by unburnt solids", review "Electricheskie stantsy", n0 1,1973).
Dans ce procédé, la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du résidu combustible dans l'échantillon est déterminée d'après le changement de la température dans le four. D'après cet indice, on juge de la quantité de substances solides dans l'échantillon. Ensuite, en tenant compte du taux de cendre et du pouvoir calorifique du combustible, ainsi que du pouvoir calorifique des substances combustibles dans l'échantillon, qui sont déterminés additionnellement, on calcule les pertes calorifiques par imbrûlés. L'influence des erreurs de détermination de toutes les valeurs calculées abaisse notablement la précision de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés. In this method, the amount of heat given off upon combustion of the combustible residue in the sample is determined based on the change in temperature in the furnace. Based on this index, the amount of solids in the sample is judged. Then, taking into account the ash rate and the calorific value of the fuel, as well as the calorific value of the combustible substances in the sample, which are determined additionally, the calorific losses by unburnt are calculated. The influence of the determination errors of all the calculated values significantly lowers the accuracy of determination of the calorific losses by unburnt.
On connaît un dispositif pour déterminer les pertes calorifiques par imbrûlés, comprenant une chambre pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon avec un élément chauffant électrique, et un système pour la mesure de l'effet thermique de la réaction de combustion de l'échantillon, relié à la chambre (cf., par exemple,
K.N. Popov, E.V. Agafonov, L.N. Matonine "Dispositif pour déterminer les pertes calorifiques par imbrûlés solides", revue "Elektricheskie stantsy, nO 1, 1973). There is known a device for determining the heat losses by unburnt, comprising a chamber for the completion of the combustion of the sample with an electric heating element, and a system for measuring the thermal effect of the combustion reaction of the sample, connected to the chamber (cf., for example,
KN Popov, EV Agafonov, LN Matonine "Device for determining calorific losses by solid unburned", review "Elektricheskie stantsy, nO 1, 1973).
Dans ce dispositif, la chambre pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon se présente sous la forme d'un cylindre dont l'axe est disposé sous un certain angle par rapport au plan horizontal. L'élément chauffant tourne autour de la chambre pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon. Un échantillon des produits de combustion est périodiquement chargé dans la chambre. La chambre tourne et, lors de sa rotation l'échantillon est brassé et chemine le long de l'axe de la chambre. La durée d'achèvement de la combustion de l'échantillon est de 10 minutes. Une telle durée est suffisante pour l'analyse rapide de l'échantillon en laboratoire, mais elle est insuffisante pour une intervention immédiate dans le processus dans le cas d'une régulation automatique de la combustion.L'effet thermique de la réaction de combustion est déterminé d'après l'élévation de la température dans la chambre pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon, à l'aide de thermocouples spécialement montés. D'après la quantité de chaleur dégagée, on calcule les pertes calom rifiques par imbrûlés solides. In this device, the chamber for the completion of the combustion of the sample is in the form of a cylinder, the axis of which is arranged at a certain angle relative to the horizontal plane. The heating element rotates around the chamber to complete combustion of the sample. A sample of the combustion products is periodically loaded into the chamber. The chamber rotates and, during its rotation, the sample is stirred and travels along the axis of the chamber. The sample combustion completion time is 10 minutes. Such a duration is sufficient for the rapid analysis of the sample in the laboratory, but it is insufficient for immediate intervention in the process in the case of automatic combustion regulation. The thermal effect of the combustion reaction is determined from the rise in temperature in the chamber for the completion of sample combustion, using specially mounted thermocouples. According to the quantity of heat released, the calorific losses are calculated by solid unburnt.
En outre, le caractère non stationnaire du flux thermique lors de la combustion de l'échantillon entrain une erreur notable dans la mesure de la température, d'après laquelle on juge du taux de substances combustibles dans l'échantillon. Cecl ne permet pas une détermination précise et fiable des pertes calorifiques par imbrûlés. In addition, the non-stationary nature of the heat flux during the combustion of the sample leads to a notable error in the measurement of the temperature, by which one judges the rate of combustible substances in the sample. Cecl does not allow a precise and reliable determination of the calorific losses by unburnt.
On s'est donc proposé de créer un procédé de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés et un dispositif pour fa mise en oeuvre qui, en rendant les résultats de la détermination des pertes calorifiques indépendants des paramètres caractérisant la qualité du combustible, permettraient d'élever la précision et la fiabilité de la détermination des pertes calorifiques. It has therefore been proposed to create a method for determining the heat losses by unburnt products and a device for carrying them out, which, by making the results of the determination of the heat losses independent of the parameters characterizing the quality of the fuel, would make it possible to raise the accuracy and reliability of the determination of heat losses.
La solution consiste en un procédé de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés, dans lequel on prélève périodiquement un échantillon de produits de combustion, on chauffe cet échantillon jusqu'à la température d'inflammation du résidu combustible qui s'y trouve pour le brûler, et on détermine la quantité de chaleur dégagée pendant la combustion de l'échantillon, d'après laquelle on juge des pertes calorifiques par imbrûlés, procédé dans lequel, d'après l'invention, on prélève des échantillons de produits de combustion cos- titués par une phase solide et une phase gazeuse, avant de chauffer l'échantillon on le divise en deux parties, dont l'une est constituée par une phase solide et une phase gazeuse, et l'autre, seulement par une phase gazeuse, on mesure la concentration C1 d'oxygène dans chacune des parties de l'échantillon, après quoi on réalise le chauf- fage de chaque partie de l'échantillon et leur combustion en maintenant le volume de l'échantillon constant, on mesure la concentration C2 d'oxygène dans la partie de l'échantillon constituée seulement par une phase gazeuse, puis la concentration C3 d'oxygène dans la partie de l'échantillon constituée par une phase solide et une phase gazeuse, on détermine la baisse 4 de la concentration d'oxygène dans la partie de l'échantillon constituée seulement par la phase gazeuse comme étant la différence des concentrations C1 et C2, on détermine la baisse 4 de la concentration d'oxygène dans la partie de l'échantillon constituée par la phase solide et la phase gazeuse comme étant la différence des concentrations C1 et C3,on détermine la baisse 3 de la concentration d'oxygène dans le comburant initial provoquée par la combustion complète du combustible au sein de ce comburant, comme étant la différence entre la concentration initiale CO et la concentration C3, ensuite on détermine les pertes calorifiques par imbrûlés gazeux comme étant le rapport de la baisse td de la concentration d'oxygène provoquée par l'achèvement de la combustion des gaz combustibles à la baisse 3 de la concentration d'oxygène dans le comburant initial provoquée par la combustion complète du combustible au sein de ce comburant, on détermine les pertes calor'ifiques par imbrûlés gazeux et solides comme étant le rapport de la baisse 6 de la concentration d'oxygène à la baisse de la concentration d'oxygène, on détermine les pertes calorifiques par imbrûlés solides comme étant la différence entre les pertes calorifiques totales par imbrûlés gazeux et solides et les pertes par imbrûlés gazeux. The solution consists in a method of determining the heat losses by unburnt, in which a sample of combustion products is periodically taken, this sample is heated to the ignition temperature of the combustible residue therein to burn it, and determining the quantity of heat given off during the combustion of the sample, according to which the calorific losses by unburnt are judged, a process in which, according to the invention, samples of the combustion products formed are taken by a solid phase and a gas phase, before heating the sample it is divided into two parts, one of which is constituted by a solid phase and a gas phase, and the other, only by a gas phase, we measure the concentration C1 of oxygen in each part of the sample, after which the heating of each part of the sample and their combustion are carried out while keeping the volume of the sample constant, we measure l a concentration C2 of oxygen in the part of the sample constituted only by a gaseous phase, then the concentration C3 of oxygen in the part of the sample constituted by a solid phase and a gaseous phase, the decrease 4 of the oxygen concentration in the part of the sample constituted only by the gas phase as being the difference of the concentrations C1 and C2, the decrease 4 of the oxygen concentration in the part of the sample constituted by the phase is determined solid and the gas phase as being the difference of concentrations C1 and C3, we determine the decrease 3 of the oxygen concentration in the initial oxidant caused by the complete combustion of the fuel within this oxidant, as being the difference between the concentration initial CO and the concentration C3, then the calorific losses by unburnt gases are determined as being the ratio of the drop td of the oxygen concentration caused by the completion ement of the combustion of combustible gases at the decrease 3 of the oxygen concentration in the initial oxidant caused by the complete combustion of the fuel within this oxidant, the calorific losses by unburnt gases and solids are determined as being the ratio from the drop 6 in the oxygen concentration to the drop in the oxygen concentration, the calorific losses by solid unburnt products are determined as being the difference between the total calorific losses by gaseous and solid unburned products and the losses by gaseous unburned products.
La solution consiste d'autre part en un dispositif pour déterminer les pertes calorifiques par imbrûlés, comprenant une chambre pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon avec un élément chauffant électrique, et un système pour la mesure de l'effet thermique de la réaction de combustion de l'échantillon, relié à ladite chambre, dispositif dans lequel, d'après l'invention, est prévue une chambre supplémentaire pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon, équipée d'un élément chauffant électrique et reliée à la chambre principale par une soupape séparatrice, une cloison poreuse placée dans la chambre principale pour y retenir la phase solide de l'échantillon, un moyen pour 17aspiration et le rejet de l'échantillon, relié à la chambre supplémentaire pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon par une seconde soupape séparatrice, le système pour la mesure de l'effet thermique de la réaction de combustion de ltéchan- tillon comprenant des capteurs de concentration d'oxygène et des capteurs de température montés dans les chambres principale et supplémentaire pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon, un module de commande situé en dehors des chambres, aux entrées duquel sont raccordés les capteurs de concentration d'oxygène et les capteurs de température, un module d'affichage de la baisse de la concentration d'oxygène dont l'entrée est raccordée à une sortie du module de commande, des afficheurs des pertes calorifiques par imbrûlés gazeux et des pertes calorifiques totales par imbrûlés, raccordés aux sorties du module pour l'affichage de la baisse de la concentration d'oxygène, les sorties du module de commande étant reliées aux soupapes séparatrices, au moyen d'aspiration et de rejet de 1'échantillon et aux éléments chauffants électriques des chamtres pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon. The solution further consists of a device for determining the heat losses by unburnt, comprising a chamber for completing the combustion of the sample with an electric heating element, and a system for measuring the thermal effect of the reaction of combustion of the sample, connected to said chamber, device in which, according to the invention, is provided an additional chamber for the completion of combustion of the sample, equipped with an electric heating element and connected to the main chamber by a separating valve, a porous partition placed in the main chamber to retain the solid phase of the sample therein, a means for aspiration and rejection of the sample, connected to the additional chamber for completion of the combustion of the sample by a second separating valve, the system for measuring the thermal effect of the sample combustion reaction comprising concentration sensors d and temperature sensors mounted in the main and additional chambers for the completion of sample combustion, a control module located outside the chambers, to the inputs of which are connected the oxygen concentration sensors and the temperature sensors, a module for displaying the drop in oxygen concentration, the input of which is connected to an output of the control module, displays of the calorific losses by unburnt gases and total calorific losses by unburnt, connected to the outputs of the module for displaying the drop in oxygen concentration, the outputs of the control module being connected to the separating valves, by means of suction and rejection of the sample and to the electric heating elements of the chambers for the completion of sample combustion.
I1 est utile que, en cas où les chambres pour l'achè- vement de la combustion de l'échantillon sont montées dans le carneau de fumées, le dispositif comprenne une soupape d'aspiration, montée à l'entrée de la chambre principale pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon et reliée à une sortie du module de commande. It is useful that, if the chambers for the completion of the combustion of the sample are mounted in the flue gas flue, the device includes a suction valve, mounted at the entrance to the main chamber for completion of sample combustion and connected to an output of the control module.
Dans le procédé de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés, faisant l'objet de l'invention, la mesure de la concentration d'oxygène dans le comburant, au sein duquel on fait brûler dlaboYlle combustible, puis l'échantillon, et la détermination de la quantité de chaleur dégagée par la combustion d'après la baisse de la concentration d'oxygène, permettent de rendre le résultat indépendant de plusieurs grandeurs variables et d'obtenir un résultat qui n'est fonction que d'une seule grandeur variable: la concentration d'oxygène. Ceci se traduit par une élévation de la précision et de la fiabilité. In the method for determining the heat losses by unburnt products, which is the subject of the invention, the measurement of the oxygen concentration in the oxidant, within which the fuel is burned, then the sample, and the determination of the amount of heat given off by combustion according to the drop in the oxygen concentration, makes it possible to make the result independent of several variable quantities and to obtain a result which is only a function of a single variable quantity: the oxygen concentration. This results in an increase in precision and reliability.
La division de l'échantillon en deux parties, dont lune est constituée par une phase solide et une phase gazeuse, et l'autre, seulement par une phase gazeuse, permet de déterminer les pertes calorifiques seulement par imbrûlés gaz eus et les pertes calorifiques totales par imbrûlés. La limitation du volume de chacune des parties de l'échantillon divisé et leur combustion à volume constant permettent de simplifier le dosage de l'échantillon et d'élever additionnellement la précision. The division of the sample into two parts, one of which is constituted by a solid phase and a gas phase, and the other, only by a gas phase, makes it possible to determine the calorific losses only by unburnt gas and the total calorific losses by unburnt. The limitation of the volume of each part of the divided sample and their combustion at constant volume make it possible to simplify the dosing of the sample and to further increase the precision.
La disposition de la chambre pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon dans le carneau de fumées permet d'exclure l'influence des canalisations de prélève ment sur la qualité de l'échantillon prélevé, ce qui se traduit par une élévation supplémentaire de la précision et une diminution de l'inertie dans l'obtention des résul tats des mesures.La présence d'un moyen d'aspiration et de rejet de l'échantillon permet d'assurer le balayage complet des chambres principale et supplémentaire, l'éva- cuation complète des résidus de l'échantillon précédent et, par conséquent, l'exclusion de leur influence sur les résultats de l'analyse. L'utilisation, en tant que combuu rant, de l'oxygène residuel se trouvant dans la phase gazeuse de l'échantillon, rend possible la détermination de la quantité de chaleur dégagée aux divers stades de la combustion seulement d'après une seule grandeur variable: le taux d'oxygène dans le comburant. On exclut ainsi lsinfluence des autres grandeurs variables et on obtient une précision plus élevée. The arrangement of the chamber for the completion of the combustion of the sample in the smoke flue makes it possible to exclude the influence of the sampling pipes on the quality of the sample taken, which results in an additional rise. precision and a reduction in the inertia in obtaining the measurement results. The presence of a means of aspiration and rejection of the sample ensures complete scanning of the main and additional chambers, the complete evacuation of the residues from the previous sample and, consequently, the exclusion of their influence on the results of the analysis. The use, as an oxidant, of the residual oxygen present in the gas phase of the sample, makes it possible to determine the amount of heat given off at the various stages of combustion only on the basis of a single variable quantity : the oxygen level in the oxidizer. We thus exclude the influence of the other variable quantities and we obtain a higher precision.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:
- la figure I représente un dispositif pour déterminer les pertes calorifiques par imbrûlés (coupe longitudinale des chambres pour l'achèvement de la combustion, les sou- papes étant fermées), conforme à l'invention;
- la figure 2 représente aussi le dispositif de la figure I (coupe longitudinale, les soupapes étant ouvertes). The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear more clearly in the light of the explanatory description which will follow of various embodiments given solely by way of nonlimiting examples, with references to the drawings. nonlimiting annexed in which:
- Figure I shows a device for determining the heat losses by unburnt (longitudinal section of the chambers for the completion of combustion, the valves being closed), according to the invention;
- Figure 2 also shows the device of Figure I (longitudinal section, the valves being open).
Le procédé de détermination des pertes calorifiques par imbrûlés consiste en ce qui suit. On prélève périodiquement un échantillon des produits de combustion,consti-- tué par une phase solide et une phase gazeuse. On divise cet échantillon en deux parties, l'une étant constituée par une phase solide et une phase gazeuse, et l'autre, seulement par une phase gazeuse. On mesure la concentra- tion C1 d'oxygène dans chacune des parties de l'échantillon. The method for determining the calorific losses by unburnt consists of the following. A sample of the combustion products, consisting of a solid phase and a gas phase, is taken periodically. This sample is divided into two parts, one consisting of a solid phase and a gas phase, and the other, only a gas phase. The concentration C1 of oxygen in each part of the sample is measured.
On chauffe les deux-parties de l'échantillon ua-qu'à la température d'inflammation du résidu combustible qui s'y trouve pour le brûler, la combustion étant réalisée en maintenant le volume de l'échantillon constant. On mesure la concentration C2 d'oxygène dans la partie de ltéchantil- lon constituée seulement par une phase gazeuse, puis la concentration C d'oxygène dans la partie de l'échantillon constituée par une phase solide et une phase gazeuse.The two parts of the sample are heated to the ignition temperature of the combustible residue therein for burning, the combustion being carried out by keeping the volume of the sample constant. The concentration C2 of oxygen in the part of the sample consisting only of a gas phase is measured, then the concentration C of oxygen in the part of the sample consisting of a solid phase and a gas phase.
Ensuite on détermine la baisse ## de la concentration d'oxygène dans la partie de l'échantillon constituée seulement par une phase gazeuse comme étant la différence entre les concentrations C1 et C2. On détermine la baisse A de la concentration d'oxygène dans la partie de léchantil- lon constitue par une phase solide et une phase gazeuse comme étant la différence entre les concentrations C1 et C3. Then the decrease ## of the oxygen concentration in the part of the sample constituted only by a gas phase is determined as being the difference between the concentrations C1 and C2. The drop A of the oxygen concentration in the part of the sample constituted by a solid phase and a gas phase is determined to be the difference between the concentrations C1 and C3.
On détermine la 'oaisse 4 de la concentration d'oxygène dans le comburant initial, provoquée par la combustion complète du combustible, comme étant la différence entre la concentration initiale Co et la concentration C3.The amount 4 of the oxygen concentration in the initial oxidant, caused by the complete combustion of the fuel, is determined as the difference between the initial concentration Co and the concentration C3.
Les pertes calorifiques par imbrûlés gazeux, dues à la combustion incomplète des gaz combustibles formés, sont déterminées comme étant le rapport de la baisse de la concentration d'oxygène, provoquée par la combustion des gaz combustibles de l'échantillon, à la baisse t3 de la concentration d'oxygène dans le comburant initial, provoquée par la combustion complète du combustible au sein de ce comburant.On détermine les pertes calorifiques par imbrûlés gazeux et solidesEcomme étant le rapport des baisses de la concéntration d'oxygèneAss et À . On détermine les pertes calorifiques par imbrûlés solides, dues aux envols de particules solides imbrûlées de combustible, comme étant la différence entre les pertes calorifiques totales par imbrûlés gazeux et solides et les pertes calorifiques par imbrûlés gazeux. The heat losses by unburnt gases, due to the incomplete combustion of the combustible gases formed, are determined as being the ratio of the decrease in the concentration of oxygen, caused by the combustion of the combustible gases in the sample, to the decrease t3 of the oxygen concentration in the initial oxidant, caused by the complete combustion of the fuel within this oxidant. The calorific losses are determined by unburnt gases and solids, as being the ratio of the reductions in the concentration of oxygen Ass and To. The heat losses by unburnt solids, due to the flight of solid unburnt particles of fuel, are determined as being the difference between the total heat losses by unburnt gases and solids and the heat losses by unburned gases.
Le dispositif pour déterminer les pertes calorifiques par imbrûlés comprend un corps 1 (figure 1) monté dans le carneau 2 de fumées Le corps 1 est fixé par un assemblage fileté 3 à une bride 4, laquelle est boulonnée sur le carneau 2 de fumées. The device for determining the heat losses by unburnt material comprises a body 1 (FIG. 1) mounted in the flue pipe 2 The body 1 is fixed by a threaded assembly 3 to a flange 4, which is bolted to the flue pipe 2.
Dans le corps 1 il y a une chambre 6 pour l'achève ment de la combustion de l'échantillon, formée par les parois du corps 4, une soupape 7 d'aspiration et une cloison 8 avec une soupape séparatrice 9. Dans la chambre 6 sont placés un élément chauffant électrique 10 et une cloison Il en réfractaire poreux. In the body 1 there is a chamber 6 for the completion of the combustion of the sample, formed by the walls of the body 4, a suction valve 7 and a partition 8 with a separating valve 9. In the chamber 6 are placed an electric heating element 10 and a porous refractory partition II.
Dans le corps 1 il y a également une chambre supplémentaire 12 pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon, prévue seulement pour l'achèvement de la combustion de la phase gazeuse de l'échantillon. La chambre 12 est formée par les parois du corps 1, la cloison 8 avec la soupape séparatrice 9 et une cloison 13 avec une soupape séparatrice 14 Un élément chauffant électrique 15 est monté dans la chambre 12. In the body 1 there is also an additional chamber 12 for the completion of the combustion of the sample, provided only for the completion of the combustion of the gas phase of the sample. The chamber 12 is formed by the walls of the body 1, the partition 8 with the separating valve 9 and a partition 13 with a separating valve 14 An electric heating element 15 is mounted in the chamber 12.
Le dispositif comprend aussi un moyen 16 pour l'aspiration et le rejet de l'échantillon, relié à la chambre supplémentaire 12 par la soupape séparatrice 14. Le moyen 16 est réalisé sous la forme d'un soufflet 17, dont une face est fixée à la bride 4, et l'autre, à un flasque 18. The device also includes means 16 for the suction and rejection of the sample, connected to the additional chamber 12 by the separating valve 14. The means 16 is produced in the form of a bellows 17, one face of which is fixed to the flange 4, and the other to a flange 18.
Le flasque 18 a un trou 19 à travers lequel passe une tige 20. Des écrous 21, 22, 23 fixent respectivement les soupapes séparatrices 9 et 14 et la soupape 7 d'aspiration à la tige 20. Le flasque 18 est rendu solidaire de la tige 20 par un écrou 24. La tige 20 est engagée dans un électroaimant 25 et bute contre un ressort 26 à l'aide d'une rondelle 27.The flange 18 has a hole 19 through which a rod 20 passes. Nuts 21, 22, 23 respectively fix the separating valves 9 and 14 and the suction valve 7 to the rod 20. The flange 18 is made integral with the rod 20 by a nut 24. The rod 20 is engaged in an electromagnet 25 and abuts against a spring 26 using a washer 27.
Le dispositif comprend aussi un système 28 pour la mesure de l'effet thermique provoqué par la réaction de combustion de l'échantillon. Le système 28 comprend à son tour des capteurs 29 et 30 de concentration d'oxygène dans les chambres principales et supplémentaires 6, 12 pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon et des capteurs 31, 32 de température dans les chambres d'achèvement de la combustion, dont les sorties sont raccordées aux entrées 33, 34, 35, 36 d'un module 37 de commande.Une sortie du module 37 de commande est raccordée à l'entrée 38 d'un module 39 pour l'affichage de la baisse de la concentration d'oxygène. Les sorties du module 39 sont raccordées aux entrées 40, 41 des afficheurs 42, 43 de pertes calorifiques par imbrûlés gazeux et de pertes calorifiques totales par imbrûlés, respectivement. Une sortie du module 37 de commande est raccordée à l'électroaimant 25 du moyen 16 pour l'aspiration et le rejet de l'échantillon. Deux autres sorties du module 37 sont respectivement raccordées aux interrupteurs 44, 45 des éléments chauffants électriques 11, 15 des chambres d'achèvement de la combustion. La liaison entre le module 37 de commande et les soupapes 7, 9, 14 s'effectue par l'intermédiaire dela tige 20, qui est déplacée par l'électroaimant25. The device also includes a system 28 for measuring the thermal effect caused by the sample combustion reaction. The system 28 in turn comprises sensors 29 and 30 of oxygen concentration in the main and additional chambers 6, 12 for the completion of the combustion of the sample and temperature sensors 31, 32 in the completion of combustion, the outputs of which are connected to the inputs 33, 34, 35, 36 of a control module 37. An output of the control module 37 is connected to the input 38 of a module 39 for display decrease in oxygen concentration. The outputs of the module 39 are connected to the inputs 40, 41 of the displays 42, 43 of calorific losses by unburnt gases and total calorific losses by unburnt, respectively. An output of the control module 37 is connected to the electromagnet 25 of the means 16 for the suction and rejection of the sample. Two other outputs of the module 37 are respectively connected to the switches 44, 45 of the electric heating elements 11, 15 of the combustion completion chambers. The connection between the control module 37 and the valves 7, 9, 14 takes place via the rod 20, which is moved by the electromagnet 25.
Le module 39 pour l'affichage de la baisse de la concentration d'oxygène estréalisé sous la forme d'un calculateur opérationnel connu, qui mémorise les signaux de concentration d?oxygène, calcule leurs différences et leur rapports (cf. par exemple, le Formulaire du
Thermicien, tome 2, Editions Energia, Moscou, 1980).The module 39 for displaying the drop in oxygen concentration is produced in the form of a known operational calculator, which stores the oxygen concentration signals, calculates their differences and their ratios (cf. for example the Form
Thermician, volume 2, Editions Energia, Moscow, 1980).
La figure 1 représente le dispositif avec les soupapes 7, 9, 14 en position fermée; la figure 2 représente le dispositif avec les soupapes 7,9, 14 ouvertes. Figure 1 shows the device with the valves 7, 9, 14 in the closed position; Figure 2 shows the device with the valves 7, 9, 14 open.
Le volume de la chambre principale 6 est choisi de telle façon que l'échantillon prélevé contienne une quantité d'oxygène suffisante pour la combustion complète du résidu combustible de la'phase solide et de la phase gazeuse. The volume of the main chamber 6 is chosen so that the sample taken contains an amount of oxygen sufficient for the complete combustion of the combustible residue of the solid phase and of the gas phase.
Le dispositif pour déterminer les pertes calorifiques par imbrûlés, faisant l'objet de l'invention, fonctionne de la façon suivante. The device for determining the heat losses by unburnt products, which is the subject of the invention, operates in the following manner.
Dans le procédé conforme à l'invention, les pertes calorifiques par imbrûlés gazeux et les pertes calorifiques totales par imbrûlés sont déterminées d'après les rapports des baisses de la concentration d'oxygène. Les pertes calorifiques q1 par imbrûlés gazeux sont déterminées par la formule:
et les pertes calorifiques q2 totales par imbrûlés gazeux et solides sont déterminées par la formule:
and the total calorific losses q2 by unburnt gases and solids are determined by the formula:
Un signal émis par le module 77 (figure 1, 2) de commande provoque l'enclenchement de l'électroaimant 25. A signal emitted by the control module 77 (FIG. 1, 2) causes the electromagnet 25 to engage.
La tige 20 se déplace en descente et ouvre les soupapes 7, 9, 14. Les chambres 6, 12 sont vidées et balayées. Ensuite, un autre signal du module 37 deccommande provoque le déclenchement de l'électroaimant 25. La tige 20 revient en position initiale et les soupapes 7, 9, 14 se ferment. Un échantillon est aspiré au carneau 2 de fumées. L'échantillon entre d'abord dans la chambre 6 où les particules solides de combustible - phase solide - se déposent sur la cloison poreuse 11. La partie de la phase gazeuse épurée entre dans la chambre 12 pour l'achèvement de la combustion de l'échan- tillon. The rod 20 moves downhill and opens the valves 7, 9, 14. The chambers 6, 12 are emptied and scanned. Then, another signal from the control module 37 triggers the electromagnet 25. The rod 20 returns to the initial position and the valves 7, 9, 14 close. A sample is aspirated from the smoke flue 2. The sample first enters the chamber 6 where the solid fuel particles - solid phase - are deposited on the porous partition 11. The part of the purified gas phase enters the chamber 12 for the completion of the combustion of the 'sample.
Le volume de la capacité tampon du soufflet 17 est choisi un peu plus grand que le volume total des chambres 6, 12 pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon. The volume of the buffer capacity of the bellows 17 is chosen to be a little larger than the total volume of the chambers 6, 12 for the completion of the combustion of the sample.
En ce qui concerne la chambre supplémentaire 12, la valeur de son volume n'influe pas sur la valeur de q1, et, par conséquent, sur la précision de mesure des pertes calorifiques par imbrûlés gazeux. C'est pourquoi il est rationnel de la réaliser de volume minimal, en ne tenant compte que des considérations de conception pour le montage de l'élément chauffant électrique 15 et des capteurs 30, 32.With regard to the additional chamber 12, the value of its volume does not influence the value of q1, and therefore on the accuracy of measuring the heat losses by unburnt gases. This is why it is rational to make it of minimum volume, taking into account only design considerations for mounting the electric heating element 15 and the sensors 30, 32.
Dans la chambre principale 6 pour l'achèvement de la combustion de l'échantillon, il se pro(3uit un accroissement de la concentration de la phase solide par rapport à la concentration moyenne dans l'échantillon, qui peut être déterminé d'après le rapport du volume de la chambre principale au volume de tout l'échantillon. Ce rapport détermine le coefficient K1 de proportionnalité figurant au dénominateur de la formule pour la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés gazeux et des pertes calorifiques totales par imbrûlés, ainsi que le coefficient K2 de proportionnalité figurant au numérateur de la formule pour la détermination des pertes calorifiques par imbrûlés gazeux. In the main chamber 6 for the completion of the combustion of the sample, there is an increase in the concentration of the solid phase compared to the average concentration in the sample, which can be determined from the ratio of the volume of the main chamber to the volume of the whole sample This ratio determines the coefficient K1 of proportionality appearing in the denominator of the formula for the determination of the calorific losses by gas unburned and the total calorific losses by unburned, as well as the coefficient K2 of proportionality appearing in the numerator of the formula for the determination of calorific losses by unburnt gases.
Les pertes calorifiques q1, q2 sont déterminées respectivement par les formules
Dans le cas où le combustible est brûlé avec un faible excès d'air, la quantité d'oxygène se trouvant dans l'échantillon peut s'avérer insuffisante pour la combustion du résidu combustible. I1 est alors avantageux de monter le dispositif dans le carneau de fumées, à proximité des rentrées d'air atmosphérique, ou hien de prévoir une dilution de l'échantillon avec l'air atmosphérique avant son admission dans les chambres 6, 12 pour l'achèvement de la combustion. In the case where the fuel is burned with a small excess of air, the quantity of oxygen present in the sample may prove to be insufficient for the combustion of the combustible residue. It is then advantageous to mount the device in the smoke flue, close to the atmospheric air inlets, or else to provide for a dilution of the sample with atmospheric air before its admission into the chambers 6, 12 for the completion of combustion.
Après la fermeture des soupapes 7, 9, 14, le dispositif détermine la concentration C1 d'oxygène dans les deux parties de l'échantillon avant l'achèvement de la combustion. After closing the valves 7, 9, 14, the device determines the concentration C1 of oxygen in the two parts of the sample before the combustion is completed.
Ensuite les éléments chauffants électriques 11, 15 sont branchés et font monter la température dans les chambres 6,12 jusqu'à la température d'inflammation du résidu combustible dans l'échantillon. Les substances combustibles brûlent dans les deux parties de l'échantillon, à volume constant des chambres principale et supplémentaire 6, 12.Then the electric heating elements 11, 15 are connected and raise the temperature in the chambers 6, 12 to the ignition temperature of the combustible residue in the sample. Combustible substances burn in both parts of the sample, at constant volume from the main and additional chambers 6, 12.
Après l'achèvement de la combustion de l'échantillon, les capteurs 29, 30 de concentration d'oxygène sont branchés. After the combustion of the sample has been completed, the oxygen concentration sensors 29, 30 are connected.
Leurs signaux attaquent le module Il pour l'affichage de la baisse de la concentration d'oxygène. Puis les éléments chauffants 11, 15 et les capteurs 29, 30 sont débranchés et l'électroaimant 25 s'enclenche, après quoi le cycle des opérations se répète.Their signals attack module II to display the drop in oxygen concentration. Then the heating elements 11, 15 and the sensors 29, 30 are disconnected and the electromagnet 25 engages, after which the cycle of operations is repeated.
Lors de l'analyse d'un échantillon, le module Il pour l'affichage de la baisse de la concentration d'oxygène enregistre les signaux de concentration d'oxygène provenant des capteurs 29, 30. Le signal de concentration d'oxygèhe initiale CO dans le comburant est introduit sous la forme d'une constante. D'après ces signaux, le module calcule les baisses 1' Â2, de la concentration d'oxygène et le rapport de ces baisses en tenant compte des coefficients
K1 et K2. Les résultats de la division sont indiqués par les afficheurs 42, 43, qui sont gradués en pourcaitageede la chaleur disponible. When analyzing a sample, the module II for displaying the drop in oxygen concentration records the oxygen concentration signals from the sensors 29, 30. The initial oxygen concentration signal CO into the oxidizer is introduced as a constant. According to these signals, the module calculates the decreases 1 ′ 2, of the oxygen concentration and the ratio of these decreases taking into account the coefficients
K1 and K2. The results of the division are indicated by the displays 42, 43, which are graduated in percentage of the available heat.
Claims (3)
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|---|---|---|---|
| FR8303342A FR2542090B1 (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | METHOD FOR DETERMINING CALORIFIED LOSSES BY IMBRULES AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAME |
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| FR (1) | FR2542090B1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1998018001A2 (en) * | 1996-10-22 | 1998-04-30 | Orbisphere Laboratories Neuchatel S.A. | Combustibility monitor and monitoring method |
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- 1983-03-01 FR FR8303342A patent/FR2542090B1/en not_active Expired
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| US6623976B1 (en) | 1996-10-22 | 2003-09-23 | Orbsphere Laboratories Neuchatel Sa | Combustibility monitor and monitoring method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2542090B1 (en) | 1985-07-26 |
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