FR2564591A1 - Comburimetre et methodes d'utilisation pour la determination du pouvoir comburivore et de l'indice de comburite des combustibles - Google Patents
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Abstract
COMBURIMETRE COMPRENANT AU MOINS: -DEUX ARRIVEES DE GAZ 1 ET 7, RESPECTIVEMENT D'UN GAZ COMBURANT G.O CONTENANT DE L'OXYGENE ET D'UN GAZ COMBUSTIBLE G.C. A BRULER, CHAQUE ARRIVEE DE GAZ ETANT REGULEE EN DEBIT; -UN MELANGEUR 13, 14 DONT LES ENTREES SONT RELIEES AUXDITES ARRIVEES, ET CAPABLE DE GENERER AU MOINS DEUX DILUTIONS DIFFERENTES, R1 ET R2, DU GAZ COMBURANT DANS LE GAZ COMBUSTIBLE; -UN FOUR DE COMBUSTION CAPABLE DE BRULER COMPLETEMENT ET SUCCESSIVEMENT LES MELANGES GAZEUX COMBURANT-COMBUSTIBLE G.OG.C. ISSUS DU MELANGEUR; -ET UN ANALYSEUR SELECTIF DE L'OXYGENE 23 CONTENU DANS LES MELANGES GAZEUX, AVANT ET APRES COMBUSTION. DE PLUS, LA PRESENTE INVENTION PROPOSE DEUX METHODES DE MESURE ET DE CALCUL DU POUVOIR COMBURIVORE VA ET DE L'INDICE DE COMBURITE I D'UN GAZ COMBUSTIBLE, UTILISANT LE COMBURIMETRE SELON L'INVENTION. CES DEUX METHODES PRESENTENT L'AVANTAGE D'ELIMINER TOUTES LES HYPOTHESES SIMPLIFICATRICES ET DE DONNER DES VALEURS PRECISES DE VA ET DE I. CES METHODES SONT APPLICABLES A L'ANALYSE DE TOUS LES GAZ COMBUSTIBLES SUSCEPTIBLES D'ETRE BRULES PAR UN GAZ COMBURANT OXYGENE.
Description
COMBURINETRE ET METHODE D'UTILISATION POUR LA DETERMINATION
PRECISE W POUVOIR COMBURrVORE ET DE L'INDICE DE
COMBURITZ DES COMBUSTIBLES
La présente invention se situe dans le domaine de la comburimétrie.
PRECISE W POUVOIR COMBURrVORE ET DE L'INDICE DE
COMBURITZ DES COMBUSTIBLES
La présente invention se situe dans le domaine de la comburimétrie.
La comburimétrie, comme on le sait, est une technique permettant de connaitre la quantité d'air comburant juste nécessaire pour brûler complètement un combustible.
Classiquement, cette information est donnée par une grandeur qui est généralement le pouvoir comburivore ou l'indice de comburité du combustible considéré, ou les deux.
On rappelle que le pouvoir comburivore se définit comme le quotient d'un volume d'air au volume de combustible, gazeux ou gazéifié, pouvant être complètement brûlé par ce volume d'air, et que l'indice de comburité se définit comme le rapport entre le pouvoir comburivore et la racine carrée de la densité du combustible.
Les dispositifs de comburimétrie, habituellement dénommés "comburimètres", ont quel que soit leur type, un principe. de fonctionnement commun qui consiste à brûler dans un four à catalyse un mélange "air comburant - combustible", puis à doser l'oxygène libre des fumées pour en déterminer l'excès stoechiométrique.
C'est en fait cette quantité d'oxygène excédentaire qui est liée au pouvoir comburivore et, par conséquent, également à l'indice de comburité.
Des formulations diverses peuvent être présentées, notamment la formule d'application générale suivante pouvoir comburivore
où R est le rapport de dilution de l'air dans le gaz, que l'on mesure couramment par l'analyse de l'oxygène, V'f est le pouvoir fumigène humide du gaz, a est la concentration d'oxygène dans l'air, et O2 est la concentration d'oxygène excédentaire dans les fumées (grandeur mesurée par le comburimètre).
où R est le rapport de dilution de l'air dans le gaz, que l'on mesure couramment par l'analyse de l'oxygène, V'f est le pouvoir fumigène humide du gaz, a est la concentration d'oxygène dans l'air, et O2 est la concentration d'oxygène excédentaire dans les fumées (grandeur mesurée par le comburimètre).
indice de comburité
où RG est un rapport de dilution air/gaz établi initialement avec un gaz étalon de densité dG connue, et d la densité du gaz à étudier.
où RG est un rapport de dilution air/gaz établi initialement avec un gaz étalon de densité dG connue, et d la densité du gaz à étudier.
On observera, au travers de cet exemple, que la détermination précise du pouvoir comburivore et de l'indice de comburité passe par une connaissance rigoureuse du volume des fumées de combustion, du rapport de dilution et de la densité du gaz, laquelle, en dehors du cas idéal du laboratoire, est une grandeur variable difficilement déterminable avec précision en permanence.
Cette observation reste générale, quelle que soit la formulation retenue.
Il est donc usuel d'émettre des hypothèses simplificatrices pour interpréter ces relations et les conceptions des comburimè- tres existants reflètent ces simplifications.
Ainsi, en sidérurgie par exemple, les calculs sont généralement effectués en utilisant, pour chaque mélange gazeux étudié, une valeur moyenne de la densité. De plus, le rapport de dilution R est supposé constant. En réalité, R est lié au volume de gaz qui s'écoule, qui est lui-même fonction de la densité du gaz.
Un autre facteur important, et qui est totalement négligé par cette méthode de mesure, est la présence d'oxygène dans le gaz combustible avant la combustion. En effet, les comburimètres classiques ne permettent la mesure de l'oxygène dans le mélange air/gaz qu'après la combustion et non pas avant. Or 0,1 % de volume d'oxygène libre dans le gaz combustible entrasse une erreur voisine de 1 % relatif sur le pouvoir comburivore et sur l'indice de comburité.
Par ailleurs, il est également supposé que les fumées de combustion ne contiennent pas d'imbrûlés.
Ainsi, en tenant compte de toutes les sources d'erreurs, c'est-à-dire, celles dues à la simplification des équations, celles occasionnées par les variations de la densité du gaz combustible qui modifient le rapport de dilution air/gaz, et enfin les erreurs de mesure, on ne peut déterminer le pouvoir comburi vore et l'indice de comburité qu'avec des précisions de l'ordre de 4 % et 1 % respectivement.
Finalement, à la connaissance des inventeurs, les comburimètres disponibles actuellement ne donnent pas des valeurs précises et certaines du pouvoir comburivore ni de l'indice de comburité.
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes précités.
A cet effet, l'invention a pour objet un comburimetre caractérisé en ce qu'il comprend au moins
- deux arrivées de gaz, respectivement d'un gaz comburant contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible à brûler, chaque arrivée de gaz étant régulée en débit
- un mélangeur dont les entrées sont reliées aux dites arrivées, et capable de générer au moins deux dilutions différentes du gaz comburant dans le gaz combustible
- un four de combustion susceptible de recevoir et de brûler successivement les mélanges gazeux comburant-combustible issus du mélangeur, et capable d'assurer la combustion complète desdits mélanges
- et des moyens pour une analyse sélective de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux avant et après combustion.
- deux arrivées de gaz, respectivement d'un gaz comburant contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible à brûler, chaque arrivée de gaz étant régulée en débit
- un mélangeur dont les entrées sont reliées aux dites arrivées, et capable de générer au moins deux dilutions différentes du gaz comburant dans le gaz combustible
- un four de combustion susceptible de recevoir et de brûler successivement les mélanges gazeux comburant-combustible issus du mélangeur, et capable d'assurer la combustion complète desdits mélanges
- et des moyens pour une analyse sélective de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux avant et après combustion.
Plus précisément, le comburimètre selon l'invention suggère astucieusement la mesure de la concentration d'oxygène à froid, avant et après combustion, dans des mélanges gazeux comprenant un gaz oxygéné (soit un gaz comburant) dilué dans le gaz combustible étudié.
Par la suite, nous utiliserons l'expression abrégée "mélange G.02 / G.C" pour signifier le mélange d'un gaz comburant contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible.
Ainsi que nous allons le voir, différentes variantes équivalentes de l'invention sont envisageables.
Tout d'abord, le comburimètre selon l'invention peut être réalisé avec un ou plusieurs fours de combustion, par exemple des fours à catalyse qui ne recevraient, chacun, qu'un mélange G.C, G.C dans un rapport de dilution déterminé.
De même, pour une meilleure précision, on peut remplacer un mélangeur unique réglable, par plusieurs mélangeurs préréglés une fois pour toutes, chacun pour un rapport de dilution déterminé et montés en parallèle entre eux sur les arrivées principales de gaz combustible et de gaz comburant.
De même, on peut prévoir plusieurs analyseurs sélectifs de l'oxygène. Par exemple, un analyseur serait réserve aux melan- ges G.02/G.C avant combustion et un autre analyseur serait réservé à l'analyse des fumées après combustion.
Selon une variante, les mélanges G.02/G.C sont analysés avant combustion, par un analyseur sélectif de l'oxygène paramagnétique, et les mélanges G.02/G.C après combustion sont analysés par un analyseur sélectif de l'oxygène, par exemple. une sonde zircone.
Un mode de réalisation préféré comprend, outre les arrivées de gaz et le ou les mélangeurs, un four à catalyse brûlant les mélanges G.O2/G.C de différentes dilutions et un analyseur sélectif de l'oxygène analysant successivement lesdits mélanges avant et après combustion.
Selon un autre mode de réalisation du comburimètre conforme à l'invention, à chaque rapport de dilution dans le mélange G.O2/G.C correspond un four à catalyse, les mesures des concentrations d'oxygène, avant combustion, étant faites pour les différents mélanges par un analyseur sélectif de l'oxygène, notamment un analyseur de l'oxygène paramagnétique, et les mesures des concentrations d'oxygène après combustion étant faites par un analyseur sélectif de l'oxygène, notamment une sonde zircone.
Il existe un grand nombre de variantes aux différents modes de réalisation décrits ci-dessus, mais on retrouve à chaque fois, outre les arrivées de gaz comburant et combustible et la régulation en débit, au moins un four à catalyse, au moins un mélangeur et au moins un analyseur sélectif d'oxygène.
De plus, en détaillant les éléments essentiels du comburimètre selon l'invention, il est possible d'apporter les variantes suivantes.
Selon une variante, le gaz contenant de l'oxygène (G.02) est remplacé par de l'oxygène pur.
Selon une autre variante, le G.02 est de l'air.
Conformément à une réalisation préférée de l'invention, la régulation du débit est réalisée en imposant respectivement les pressions d'entrée du gaz comburant (G.02) et du gaz combustible (G.C), par au moins un régulateur du type "BDL", et en imposant des pressions de sortie des mélanges G.O2/G.C par au moins un régulateur du type "BUL". En effet, les débits de G.O2 et de G.C sont maintenus constants et on ne laisse comme seule liberté que le choix du rapport de dilution.
Conformément à une réalisation préférée de l'invention, l'analyseur sélectif de l'oxygène est un analyseur de l'oxygène paramagnétique. Contrairement à la technique antérieure où le mélange G.O2/G.C était analysé par une sonde zircone à plus de 600 OC, donc forcément après combustion du mélange, l'analyseur de l'oxygène paramagnétique effectue des analyses de mélange gazeux froid. Les analyses sont alors réalisables sur le mélange G.O,/G.C avant la combustion dans le four à catalyse.
La mesure avant combustion du mélange G.O2/G.C permet de tenir compte de l'oxygène libre contenu dans le gaz combustible.
Conformément à une réalisation préférée de l'invention, un microprocesseur programmé, relié principalement à l'analyseur sélectif de l'oxygène, enregistre les concentrations d'oxygène des mélanges G.O2/G.C de rapports de dilution différents, et pour chacune de ces dilutions, il enregistre les concentrations d'oxygène avant et après combustion dans le four à catalyse.
Ensuite, le microprocesseur calcule et donne les valeurs du pouvoir comburivore et/ou de l'indice de comburité. A cet égard, la présente invention propose également pour la détermination du pouvoir comburivore et de l'indice de comburité respectivement, deux méthodes de mesure et de calculs utilisant avantageusement le comburimètre selon l'invention.
Plus particulièrement, l'invention vise une méthode de détermination du pouvoir comburivore d'un mélange G.O2/G.C simplement à l'aide de quatre mesures de concentration d'oxygène dans deux mélanges G.O2/G.C de rapports de dilution différents, et avant et après combustion de ces deux mélanges dans le four à catalyse.
En effet, à partir des quatre analyses successives d'oxy gène, on calcule le pouvoir comburivore avec la nouvelle relation (III), qui découle de la relation (I).
La relation (III) est la suivante
où: - pour le rapport de dilution
dans le mélange G.O2/G.C, o2 11 est la concentration d'oxygène avant combustion, et O est la concentration d'oxygène après combustion, - pour le rapport de dilution
dans le mélange G.O2/
G.C, 0222 est la concentration d'oxygène avant combustion, et 2 est la concentration d'oxygène après combustion, - a est la concentration d'oxygène contenu dans le gaz comburant.
où: - pour le rapport de dilution
dans le mélange G.O2/G.C, o2 11 est la concentration d'oxygène avant combustion, et O est la concentration d'oxygène après combustion, - pour le rapport de dilution
dans le mélange G.O2/
G.C, 0222 est la concentration d'oxygène avant combustion, et 2 est la concentration d'oxygène après combustion, - a est la concentration d'oxygène contenu dans le gaz comburant.
En tenant compte des concentrations d'oxygène dans le mélange G.O2/G.C avant la combustion, la relation (III) ne néglige pas l'oxygène libre contenu dans le gaz combustible.
De plus, on n'utilise plus d'hypothèses simplificatrices sur le pouvoir fumigène V'f, ceci grâce à l'analyse de l'oxygène excédentaire à deux rapports de dilution R1 et R2 différents.
On évite également les hypothèses simplificatrices sur la densité du gaz grâce à l'analyse d'oxygène contenu dans le mélange G.02/G.C avant combustion. C'est donc une nouvelle pratique de la comburimétrie qui en s'affranchissant des erreurs possibles et des simplifications, devient d'un usage plus universel. Il en est de même pour l'indice de comburité
que l'on obtient aisément par la mesure de la concentration d'oxygène dans les mélanges gazeux. Toutefois, on conserve dans ce cas, une hypothèse simplificatrice. La seule restriction apportée à l'indice de comburité concerne la relation, d'ailleurs très bonne, qui relie le pouvoir combukivore Va avec le pouvoir fumigène V'f.
que l'on obtient aisément par la mesure de la concentration d'oxygène dans les mélanges gazeux. Toutefois, on conserve dans ce cas, une hypothèse simplificatrice. La seule restriction apportée à l'indice de comburité concerne la relation, d'ailleurs très bonne, qui relie le pouvoir combukivore Va avec le pouvoir fumigène V'f.
Cette simplification est la suivante
V'f = 0,72 + a Va (IV)
Malgré tout, la méthode de mesure et de calcul de l'indice de comburité, utilisant le comburimètre selon l'invention, suppose simplement quatre mesures de concentration d'oxygène.
V'f = 0,72 + a Va (IV)
Malgré tout, la méthode de mesure et de calcul de l'indice de comburité, utilisant le comburimètre selon l'invention, suppose simplement quatre mesures de concentration d'oxygène.
Tout d'abord, on réalise la mesure, avant combustion, de la concentration d'oxygène contenu dans un mélange G.02/Gaz combustible étalon de densité dG1 connue, ainsi que la mesure après combustion de la concentration excédentaire d'oxygène dans le mélange G.O2/G.C (G.C étant le gaz combustible étudié), telle que dans ces deux mélanges, on utilise à chaque fois le même volume V1 de gaz comburant (G.02) et que la régulation en débit du gaz combustible
G.C et du gaz combustible étalon soient identiques.
G.C et du gaz combustible étalon soient identiques.
Ensuite on réalise la mesure, avant combustion, de la concentration d'oxygène contenu dans un mélange G.O2/gaz combustible étalon, de densité connue dG2, et la mesure après combustion de la concentration d'oxygène contenu dans un mélange G.O2/G.C (G.C étant le gaz combustible étudié), telle que, dans ces deux mélanges, on utilise à chaque fois le même volume V2 de gaz comburant (G.02), V2 étant différent de V1, et que la régulation en débit du gaz combustible G.C et du gaz combustible étalon soient identiques.
L'intérêt de cette méthode réside dans la connaissance précise des densités dG1 et dG2 des gaz étalons. Par suite, à partir de l'équation (II), et en tenant compte de la simplification apportée par la relation (IV), on en déduit la relation (V) suivante
o2 est la concentration d'oxygène, avant combustion, contenu dans le mélange G.02/gaz combustible étalon de rapport de dilution RG1.
o2 est la concentration d'oxygène, avant combustion, contenu dans le mélange G.02/gaz combustible étalon de rapport de dilution RG1.
4 o2 est la concentration d'oxygène, avant combustion contenu dans le mélange G.02/gaz combustible étalon de rapport de dilution RG2.
O2 est la concentration d'oxygène, après combustion contenu dans le mélange G.o2/G.c de rapport de dilution R C est la concentratior d'oxygène, après cG..F.~Stion, contenu dans le mélange G.02/G.C de rapport de dilution R .
Bien entendu, il est tout à fait possible d'utiliser un seul gaz étalon, de densité connue dG. Dans ce cas dG = dG1 = dG2
La relation (V) devient
La relation (V) devient
A nouveau, dans le calcul de I, on s'affranchit de la simplification concernant la densité du gaz combustible étudié.
Il est donc clair que cette méthode de mesure, qui utilise le comburimètre selon l'invention, donne des résultats très précis.
Cette méthode présente l'avantage d'être généralisable à l'étude de n'importe quel gaz dont on veut connaître les caractéristiques de combustion, i.e. le pouvoir comburivore et l'indice de comburité.
L'invention sera bien comprise au vu de la description qui va suivre, donnée en référence à la figure unique représentant schématiquement un mode de réalisation préférée de l'appareil selon l'invention.
Comme on l'a déjà dit, le comburimètre comprend essentiellement les éléments suivants
- une arrivée principale 1 de gaz comburant (G.O2) dont la pression d'entrée est régulée par un régulateur de type"BDL"2.
- une arrivée principale 1 de gaz comburant (G.O2) dont la pression d'entrée est régulée par un régulateur de type"BDL"2.
Ensuite, le flux de gaz comburant, régulé en pression, est partagé entre les conduites 3 et 4 qui sont pourvues respectivement des vannes 5 et 6 ;
- une arrivée principale 7 de gaz combustible (G.C) dont la pression d'entrée est régulée par un régulateur de type"BDL"8.
- une arrivée principale 7 de gaz combustible (G.C) dont la pression d'entrée est régulée par un régulateur de type"BDL"8.
Ensuite, le flux de gaz combustible (G.C), régulé en pression, est partagé entre les deux conduites 9 et 10 qui sont respectivement pourvues des vannes 11 et 12 ;
- deux mélangeurs 13 et 14 dont les conduites de sortie, respectivement 15 et 16 sont chacune pourvues de régulateurs de pression de type "BUL", respectivement 17 et 18. Les entrées d mélangeur 13 sont constituées par la conduite 3, ~ra-s-or- t gar comburant (G.02, a 12 conduite c gaz combustible (G.C). Les entrées du mélangeur 14 sont constituées par la conduite 4, transportant le gaz comburant (G.O2), et la conduite 10 transportant le gaz combustible (G.C).
- deux mélangeurs 13 et 14 dont les conduites de sortie, respectivement 15 et 16 sont chacune pourvues de régulateurs de pression de type "BUL", respectivement 17 et 18. Les entrées d mélangeur 13 sont constituées par la conduite 3, ~ra-s-or- t gar comburant (G.02, a 12 conduite c gaz combustible (G.C). Les entrées du mélangeur 14 sont constituées par la conduite 4, transportant le gaz comburant (G.O2), et la conduite 10 transportant le gaz combustible (G.C).
- un four à catalyse 19 dont l'entrée est reliée à une conduite 20 qui reçoit alternativement les mélanges gazeux régulés en pression issus des mélangeurs 13 ou 14, par l'intermédiaire du sélecteur 21, et dont la sortie est une conduite 22 d'évacuation des fumées résultant de la combustion. Une conduite 26 montée en dérivation sur la conduite 22 assure la prise d'échantillon des fumées de combustion.
- un analyseur 23 sélectif de l'oxygène paramagnétique, qui comporte les conduites d'entrée 24, 25, 26 et 27 en différents mélanges gazeux à analyser successivement. Les conduites 24 et 25, accédant à deux des entrées de l'analyseur 23, sont reliées respectivement aux conduites 15 et 16, juste en aval des régulateurs de type "BUL" 17 et 18. La conduite 26 assure le passage d'une partie des fumées, issues du four à catalyse 19 vers une entrée de l'analyseur 23. La conduite 27, qui assure le passage du gaz combustible (G.C) vers une entrée de l'analyseur 23, est connectée sur l'arrivée principale 7 du gaz combustible juste en aval du régulateur de type"BDL"8. La conduite 27 est pourvue d'une vanne 28.
- un microprocesseur programmé 29, est tout d'abord connecté avec l'analyseur 23. Aussi, à partir du microprocesseur 29, on commande la prise d'échantillon dans les conduites 15, 16 et 22, à partir respectivement des conduites 24, 25 et 26 qui alimentent successivement l'analyseur 23, grâce à un jeu de vannes, intégrées dans l'analyseur 23, sur chacune des conduites concernées. Le microprocesseur commande l'accès à l'analyseur 23 des mélanges G.O2/G.C avant ou après combustion. De plus, le microprocesseur est relié par un jeu de connexions (non représentées) aux vannes 5, 6, 11, 12 et 28, aux régulateurs de pression 2, 8, 17, 18, aux mélangeurs 13 et 14 et au sélecteur 21.
Comme on le comprend aisément par l'intermédiaire du microprocesseur 29, on commande automatiquement le fonctionnement du comburimètre se on I'inftion.
- un détecteur d'imbrûlés 30, connecté sur la conduite 22 d'évacuation des fumées du four à catalyse 19, est également relié au microprocesseur 29.
Le comburimètre fonctionne de la façon suivante
En ce qui concerne la mesure du pouvoir comburivore Va, les différents éléments du comburimètre sont pilotés par le microprocesseur 29.
En ce qui concerne la mesure du pouvoir comburivore Va, les différents éléments du comburimètre sont pilotés par le microprocesseur 29.
Tout d'abord, le gaz combustible (G.C.) à étudier, après son admission par l'arrivée principale 7 est régulé en pression par le régulateur 8.
Dans un premier temps, les vannes 6, 12 et 28 sont fermées et les vannes 5 et 11 sont ouvertes.
Le gaz combustible est donc dirigé par la conduite 9 sur le mélangeur 13 qui reçoit sur son autre entrée le gaz comburant (G.O2) issu de l'arrivée principale 1, régulé en pression par le régulateur 2 et circulant dans la conduite 3.
Le mélangeur 13 est ajusté pour donner une dilution précise
R1 de gaz comburant (G.O2) dans le gaz combustible (G.C.). Le régulateur de pression 17 monté sur la sortie du mélangeur 13 assure une chute de pression constante d'une part dans la conduite 3 contenant le gaz comburant, et d'autre part dans la conduite 9 contenant le gaz combustible. Ainsi on maitrise parfaitement les débits de gaz dans les conduites du comburimètre et on les rend insensibles aux perturbations extérieures.
R1 de gaz comburant (G.O2) dans le gaz combustible (G.C.). Le régulateur de pression 17 monté sur la sortie du mélangeur 13 assure une chute de pression constante d'une part dans la conduite 3 contenant le gaz comburant, et d'autre part dans la conduite 9 contenant le gaz combustible. Ainsi on maitrise parfaitement les débits de gaz dans les conduites du comburimètre et on les rend insensibles aux perturbations extérieures.
Ensuite, on effectue dans le mélange de gaz G.O2/G.C régulé en débit, une prise d'échantillon que l'on envoie par la conduite 24, dans l'analyseur 23 qui mesure la concentration d'oxygène 11
O2 contenue dans le mélange de dilution R11 avant combustion.
O2 contenue dans le mélange de dilution R11 avant combustion.
Il
La valeur 2 est enregistrée par le microprocesseur 29. Puis, le mélange G.O;/G.C (de dilution R1) est dirigé vers le four à catalyse 19 par l'intermédiaire du sélecteur 21 et de la conduite d'alimentation 20. Le four 19 est conçu pour brûler totalement et en continu le gaz combustible (G.C) contenu dans les mélanges G.O2/G.C. De plus, la combustion est calculée afin de s'effectuer rapidement dans le four. Les premières fumées de combustion, produites par la combustion du mélange G.02/G.C, de dilution R1, qui circulent dans le four (et qui sont ensuite évacuées par la conduite 22) servent à purger le four des traces de gaz laissées par les mélanges précédemment étudiés.Après un certain temps, facilement déterminable avec les conditions de combustion et le débit de gaz, on effectue la prise d'un échantillon par l'intermédiaire de la conduite 26 qui est connectée sur la conduite 22 d'évacuation des gaz du four. L'échantillon est envoyé dans l'analyseur 23. On mesure alors la concentration O2 de l'oxygène excédentaire contenu dans ce mélange après combustion. La valeur 2 est enregistrée dans le microprocesseur.
La valeur 2 est enregistrée par le microprocesseur 29. Puis, le mélange G.O;/G.C (de dilution R1) est dirigé vers le four à catalyse 19 par l'intermédiaire du sélecteur 21 et de la conduite d'alimentation 20. Le four 19 est conçu pour brûler totalement et en continu le gaz combustible (G.C) contenu dans les mélanges G.O2/G.C. De plus, la combustion est calculée afin de s'effectuer rapidement dans le four. Les premières fumées de combustion, produites par la combustion du mélange G.02/G.C, de dilution R1, qui circulent dans le four (et qui sont ensuite évacuées par la conduite 22) servent à purger le four des traces de gaz laissées par les mélanges précédemment étudiés.Après un certain temps, facilement déterminable avec les conditions de combustion et le débit de gaz, on effectue la prise d'un échantillon par l'intermédiaire de la conduite 26 qui est connectée sur la conduite 22 d'évacuation des gaz du four. L'échantillon est envoyé dans l'analyseur 23. On mesure alors la concentration O2 de l'oxygène excédentaire contenu dans ce mélange après combustion. La valeur 2 est enregistrée dans le microprocesseur.
Au préalable, avant chaque prise d'un échantillon des fumées résultant de la combustion d'un mélange G.O2/G.C, il est possible de vérifier que la combustion dans le four à catalyse a permis de brûler totalement le gaz combustible. Pour ce faire, on effectue une prise d'échantillon des fumées qui, par l'intermédiaire de la conduite 31 est amené pour analyse au détecteur d'imbrûlés 30. Ce contrôle est aisément commandable à partir du microprocesseur 29 que l'on peut relier au détecteur 30.
Ensuite, on effectue une deuxième opération commandée à partir du microprocesseur 29) afin de compléter les mesures nécessaires au calcul du pouvoir comburivore du gaz combustible étudié.
A cet effet, on ferme les vannes 5 et 11, on ouvre les vannes 6 et 12, la vanne 28 étant maintenue fermée. De la même façon que précédemment, le gaz combustible à étudier (G.C) issu de l'arrivée principale 7, régulé en pression par le régulateur 8, et circulant dans la conduite 10, est envoyé sur le mélangeur 14 qui reçoit sur son autre entrée le gaz comburant (G.02), issu de l'arrivée 1, régulé en pression par le régulateur 2 et circulant dans la conduite 4. Le mélangeur 14 est ajusté de façon à réaliser une dilution R2 (différente de R1 précédemment obtenue) du gaz comburant (G.02 > dans le gaz combustible (G.C). Le mélange G.02zG.C de dilution R2 est régulé en pression par le régulateur 18 qui a exactement la même fonction que le régulateur 17.Ensuite, on effectue sur le mélange G.o2/G.C de dilution R2, une prise d'échantillon, par l'intermédiaire de la conduite 25, que l'on envoie dans l'analyseur 23 qui mesure la concentration d'oxygène o2 contenue dans ce melange. La valeur o2 est enregistrée par le microprocesseur 29.
Puis, on connecte le sélecteur 21 sur la conduite 16 qui dirige le mélange GO2/G.C de dilution R2 dans le four 19. En raison de la rapidité de la combustion du mélange gazeux, et de la circulation des fumées dans le four, les traces de gaz laissées par les mélanges précédents sont rapidement évacuées par la conduite de sortie 22 du four. Après un certain temps, facilement déterminable avec les données concernant la combustion, on peut raisonnablement commander une prise d'échantillon dans les fumées produites par la combustion du mélange G.02/G.C de dilution R2.L'échantillon, pris par l'intermédiaire de la conduite 26, qui communique avec la conduite 22 d'évacuation des fumées, est analysé dans l'analyseur 23 qui mesure alors la valeur de la concentration de l'oxygène excédentaire 2 restant dans la fumée de combustion du mélange G.02/G.C de dilution R2. La valeur O"2 est enregistrée par le microprocesseur 29. Avec les
11 22 ' " valeurs O2,O2, O2 et O2, on peut alors calculer le pouvoir
O2 , O2 peut et calculer O comburivore en utilisant la relation (III) citée précédemment.
11 22 ' " valeurs O2,O2, O2 et O2, on peut alors calculer le pouvoir
O2 , O2 peut et calculer O comburivore en utilisant la relation (III) citée précédemment.
En ce qui concerne la détermination de l'indice de comburité du gaz combustible (G.C) que l'on étudie, les différents éléments constitutifs du comburimètre sont commandés par le programme chargé dans le microprocesseur 29.
Tout d'abord, on conserve les valeurs O2 et O2 de concentration d'oxygène excédentaire contenu respectivement dans les mélanges G.02/G.C de dilution R1 et R2 après leur combustion dans le four à catalyse 19.
Ensuite on réalise un mélange d'un gaz combustible étalon (de densité dG, avec le gaz comburant (noté G.02), exactement de la même façon et dans le même circuit que le mélange G.o2/G.C de dilution R1.
Le gaz combustible étalon est amené dans le comburimètre par l'arrivée principale 7 et il est régulé par les régulateurs 8 et 17 au même débit que le gaz combustible (G.C) étudié.
De plus, au niveau du mélangeur 13 , on introduit dans le mélange
G.02/gaz combustible étalon, la même quantité volumique V1 de gaz comburant (G.02) que dans le mélange G.02/G.C de dilution R1.
G.02/gaz combustible étalon, la même quantité volumique V1 de gaz comburant (G.02) que dans le mélange G.02/G.C de dilution R1.
On obtient un mélange G.02/gaz combustible étalon de dilution RG1.
Ensuite, on mesure dans l'analyseur 23, la concentration
3 d'oxygène 2 , dans le mélange G.02/gaz combustible étalon de dilution RG1, avant combustion, par la prise d'un échantillon
3 dans la conduite 24. La valeur O2 est enregistrée par le micropro- cesseur.
3 d'oxygène 2 , dans le mélange G.02/gaz combustible étalon de dilution RG1, avant combustion, par la prise d'un échantillon
3 dans la conduite 24. La valeur O2 est enregistrée par le micropro- cesseur.
Puis, on réalise un autre mélange du même gaz combustible étalon de densité dG avec le gaz comburant (G.02). Pour ce faire, le gaz combustible étalon est amené dans le comburimètra par l'arrivée principale 7 et il est régulé, par les régulateurs 8 et 18, au même débit que le gaz combustible étudié.
Le gaz combustible étalon ainsi régulé est conduit au mélangeur 14 qui reçoit à son autre entrée le gaz comburant G.02.
Le mélangeur 14 est réglé de la même façon soit sur la même position que celle utilisée pour la réalisation du mélange G.02/G.C de dilution R2. Par conséquent, on introduit dans le mélange
G.02/gaz combustible étalon la même quantité volumique V2 de gaz comburant G.02 que dans le mélange G.02/G.C de dilution R2.
G.02/gaz combustible étalon la même quantité volumique V2 de gaz comburant G.02 que dans le mélange G.02/G.C de dilution R2.
On obtient un mélange G.02/gaz combustible étalon de dilution RG2.
Ensuite, on mesure dans l'analyseur 23 la concentration 4 d'oxygène O2 contenue dans le mélange G.02/gaz combustible étalon de dilution RG2, par la prise d'un échantillon dans la conduite 4 25 (donc sans combustion). La valeur 02 est enregistrée dans le microprocesseur 29.
Les deux mélanges G.02/gaz combustible étalon, respectivement de dilution RG1 et RG2 sont évacués successivement après analyse, simplement- par la conduite 22, après passage dans le sélecteur 21 et le four à catalyse 19.
Le contrôle d'une éventuelle dérive de l'analyseur 23 de l'oxygène est simplement fait en commandant la fermeture des vannes !2 et 11, l'ouverture de la vanne 28, et l'alimentation de l'arrivée 7 en un gaz combustible étalon, et qui contient une concentration connue d'oxygène. L'analyseur 23 est alors alimenté en gaz étalon par la conduite 27, et y mesure la concentration d'oxygène de ce gaz. Si l'analyseur a dérivé au-delà d'une certaine consigne que l'on s'est prescrite, il est nécessaire de l'étalonner à nouveau. Ensuite, par une simple commande de la fermeture de la vanne 28, le comburimètre selon l'invention est pret pour la poursuite des études de combustion des gaz combustibles.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exem ple décrit mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents (dont certains ont été cités dans le texte de la description) dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes.
Le comburimètre selon l'invention s'applique à l'analyse de tous les gaz susceptibles d'être brûlés par un gaz comburant oxygéné.
Claims (7)
1) Comburimètre caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement au moins
- deux arrivées de gaz (1) et (7), respectivement d'un gaz comburant contenant de l'oxygène et d'un gaz combustible à brûler, chaque arrivée de gaz étant régulée en débit
- un mélangeur (13) dont les entrées sont reliées aux dites arrivées, et capable de générer au moins deux dilutions différentes du gaz comburant dans le gaz combustible
- un four de combustion (19), susceptible de recevoir et de brûler successivement les mélanges gazeux comburant-combustible issus du mélangeur, et capable d'assurer la combustion complète desdits mélanges ;
- et des moyens (23) pour une analyse sélective de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux avant et après combustion.
2) Comburimètre selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un analyseur sélectif de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux avant combustion et un analyseur sélectif de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux après combustion.
3) Comburimètre selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'analyseur sélectif de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux avant combustion est un analyseur sélectif de l'oxygène paramagnétique.
4) Comburimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'analyseur sélectif de l'oxygène contenu dans les mélanges gazeux après combustion est une sonde zircone.
5) Comburimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un microproces seoir connecté sur les moyens d'analyse sélective de l'oxygène, ledit microprocesseur étant capable de commander et de régler les différents éléments constitutifs du comburimètre, à savoir les arrivées (1! et (7) des gaz, la régulation de débit (2), (8), (1;; et ('8), le (ou les) mélangeur de gaz (13), (14), le fous à catalyse (19) et l'analyseur sélectif de l'oxygène (23), et capable d'enregistrer les différentes valeurs de concentra tions d'oxygène @@@@@@@ par l'an@@@@@@@ @@ et de calculer le pouvoir comburivore Va et l'indice de comburité I du gaz combustible, à partir de ces valeurs.
6) Méthode de mesure et de calcul du pouvoir comburivore
Va utilisant le comburimètre selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on effectue, successivement, quatre mesures de concen tration d'oxygène, 2 2 2 02 0 dans deux mélanges gaz comburant (contenant de l'oxygène) - gaz combustible, de rapports
R1 et R2 de dilution différents, avant et après combustion, où
11 pour le rapport de dilution R1, 02 est la concentration d'oxy- gène avant combustion, 02 est la concentration d'oxygène après combustion, et pour le rapport de dilution R2, 2 est la concentration d'oxygène avant combustion, O2 est la concentration d'oxygène après combustion, et a est la concentration d'oxygène dans le gaz comburant utilisé, et on détermine le pouvoir comburivore Va du gaz combustible en accord avec la relation (I)
7) Méthode de mesure et de calcul de l'indice de comburité d'un gaz combustible utilisant le comburimètre selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on effectue quatre mesures
3 @ 4 " de concentration d'oxygène O2 O2, O2 I O2 , à savoir tout 3 d'abord on mesure 2 dans un mélange de gaz comburant et de gaz combustible étalon (de densité dG1 connue), avant combustion, et 2 dans un autre mélange gazeux comburant-combustible à étu- dier, telle que dans ces deux mélanges on utilise à chaque fois le même volume V1 de gaz comburant et que la régulation en débit du gaz combustible à étudier et celle du gaz combustible étalon
4 soient la même ; ensuite, on mesure, avant combustion, O2 dans un mélange de gaz comburant et de gaz combustible étalon (de densité dG2 connue) et O2' 2 dans le mélange gazeux comburant-com- bnstible à étudier, telle que dans ces deux mélanges on utilise à chaque fois le même volume V2 de gaz comburant, V2 étant différent de V1, et que la régulation en débit du gaz combustible à étudier et celle du gaz combustible étalon soient identiques et on détermine l'indice de comburité I du gaz combustible en accord avec la relation (V) suivante
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8407925A FR2564591B1 (fr) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Comburimetre et methodes d'utilisation pour la determination du pouvoir comburivore et de l'indice de comburite des combustibles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8407925A FR2564591B1 (fr) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Comburimetre et methodes d'utilisation pour la determination du pouvoir comburivore et de l'indice de comburite des combustibles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2564591A1 true FR2564591A1 (fr) | 1985-11-22 |
| FR2564591B1 FR2564591B1 (fr) | 1988-01-15 |
Family
ID=9304239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8407925A Expired FR2564591B1 (fr) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Comburimetre et methodes d'utilisation pour la determination du pouvoir comburivore et de l'indice de comburite des combustibles |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2564591B1 (fr) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4657737A (en) * | 1984-03-31 | 1987-04-14 | Pierburg Gmbh & Co Kg | Apparatus for determining the fuel-air ratio of Otto engines |
| EP0224655A1 (fr) * | 1985-11-30 | 1987-06-10 | Dr.Ing.h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft | Procédé de détermination des quantités stoichiométriques d'air de combustibles |
| EP0326494A1 (fr) * | 1988-01-29 | 1989-08-02 | Gaz De France (Service National) | Dispositif de mesurage de la puissance calorifique véhiculée par un courant de matière combustible |
Citations (4)
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| US3486861A (en) * | 1964-06-18 | 1969-12-30 | William Antony Wiseman | Detection systems |
| US3927979A (en) * | 1974-06-10 | 1975-12-23 | Westinghouse Electric Corp | Technique for measuring the carbon monoxide and reactive hydrocarbon content of a gas |
| EP0060681A1 (fr) * | 1981-03-17 | 1982-09-22 | Honeywell Inc. | Analyseur de gaz combustible |
| EP0107341A2 (fr) * | 1982-10-06 | 1984-05-02 | Honeywell Inc. | Appareil pour l'analyse d'un gaz combustible |
-
1984
- 1984-05-18 FR FR8407925A patent/FR2564591B1/fr not_active Expired
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| EP0326494A1 (fr) * | 1988-01-29 | 1989-08-02 | Gaz De France (Service National) | Dispositif de mesurage de la puissance calorifique véhiculée par un courant de matière combustible |
| FR2626673A1 (fr) * | 1988-01-29 | 1989-08-04 | Gaz De France | Procede et dispositif de mesurage de la puissance calorifique vehiculee par un courant de matiere combustible |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2564591B1 (fr) | 1988-01-15 |
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