IT8921912A1 - Metodo per misurare l'efficienza di una combustione e apparecchio per attuare il metodo. - Google Patents
Metodo per misurare l'efficienza di una combustione e apparecchio per attuare il metodo. Download PDFInfo
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Description
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presenta invenzione riguarda un metodo per misurare l'efficienza di una combustione, in particolare essa riguarda un metodo per determinare in tempo reale il contenuto di carbonio incombusto nelle ceneri di carbone e un apparecchio per attuare il metodo.
Sono noti metodi chimici utilizzati in laboratorio per la determinazione del carbonio incombusto nelle ceneri; tali metodi richiedono complesse sequenze di operazioni e tempi lunghi e ci? ne esclude 1' utilizzo per il controllo in tempo reale del processo di combustione.
Un metodo per il controllo della combustione in tempo reale consente, invece, l'ottimizzazione della combustione stessa con i conseguenti vantaggi dal punto di vista del risparmio energetico, della produzione di ceneri di elevata qualit? per la vendita e dell'inquinamento ambientale. E'ovvio che un metodo del genere offre l'ulteriore vantaggio di consentire il controllo della combustione anche in regime transitorio o, comunque, in condizioni di esercizio non standard..
Nelle tecniche sin'ora sperimentate per la misura incombusti in tempo reale, cam di ceneri vengono prelevati per mezzo di appositi condotti di fumi collegati alla caldaia e ne viene rilevata una propriet? legata al contenuto di carbonio incombusto, nel pi? breve tempo possibile.
Esempi di tali tecniche note sono quelli che: si basano sull'analisi ottica del campioni in quanto il Loro colore dipende dal contenuto del carbonio elementare; determinano la variazione di peso prima dopo il riscaldamento in aria in quanto il arbonio evolve per combustione
coefficiente di riflessione di un segnale microonde in quanto la
ceneri dipende dalla loro composizione chimica.
Tutte queste tecniche sono affette da grande incertezza, poich? le propriet? misurate sono legate in modo indiretto e spesso non univoco al contenuto di carbonio incombusto. Esse richedono inoltre l'esatta conoscenza della quantit? di ceneri in esame spesso, il prelievo di considerevoli quantit? di materiale (varie decine di grammi) con il conseguente allungamento dei tempi di rilevazione.
Col processo inventato, come caratterizzato nelle Allegate rivendicazioni, si misura la quantit? di anidride carbonica lberata e/o la diminuzione dell 'ossig?no prodottasi in una cella di reazione durante la combustione superficiale e localizzata in un piccolo campione d'analisi di ceneri prodotta da un fascio laser . Le ceneri di carbone son ostituite principalmente da allumino- silicati una forte banda di assorbimento nella regione del medio infrarosso in cui cade la riga di massimo guadagno del laser a CO2 che perci? si dimostra adatto allo scopo; esso ? assorbito tanto bene da detti allumino-silicati che la radiazione: del fascio laser assorbita in uno strato superficiale di pochi decimi di millimetro di de campione d'analisi ed ? trasformata in calore. Si comprende che lo spessore di detto strato dipende dal rapporto W/S fra la potenza del raggio laser e la superficie colpita dal raggio stesso .Convenientemente detto campione d'analis avr? uno spessore di qualche millimetro per impedire che il calore prodotto dal laser e assorbito dal campione d'analisi si disperda attraverso il supporto del campione stesso. Il fascio laser, seconda della propria potenza W, ha pertanto la funzione di riscaldare, rapidamente (tipicamente in tempi da 10 a 30 secondi) e localmente, in un piccolissimo strato della superficie S di intersezione col campione d'analisi , le ceneri ad elevate temperature (700-1200?C). In un ambiente ossidante creato con immissione di aria o di ossigeno, come gas di reazione, il carbonio incombusto reagisce con l'ossigeno e produce anidride carbonica: il gas di reazione ? prelevato dall'interno della cella di reazione e il CO2 misurato con un rivelatore spfecifico per questo gas. Un' operazione, preliminare di taratura eseguita nell' apparecchio inventato sando campioni di ceneri di taratura a contenuto noto di carbonio, consente di mettere in relazione la quantit? di CO2 prodotta in detta cella con il contenuto percentuale di carbonio incombusto presente nei campioni d'analisi di ceneri. Fissate le caratteristiche del fascio laser, la quantit? di CO2 prodotta ? condizionata dalle caratteristiche dell 'ambiente ossidante (pressione e natura del gas). Ovviamente , l 'ossigeno disponibile deve essere comunque sufficiente alla completa combustione del carbonio presente nel volume di reazione delle. ceneri . In alternativa o in aggiunta all'analisi del CO2, si misura il consumo di ossigeno durante la combustione in detta cella di combustione per dedurre la quantit? di carbonio bruciata e come incombusto nei campioni d'analiai. Si fa notare, inoltre, che il campione d'analisi necessario contiene pochi grammi di cenere, anche solo due otre grammi.
Secondo metodi noti, detto rivelatore ? associato a un programmatore che ha almeno il duplice scopo di attivare a intervalli prestabiliti la sequenza delle fasi sopradescritte e di correggere 1 ' andamento dell'impianto di combustione secondo un prestabilito programma memorizzato utilizzando i risultati dell'analisi in detto rivelatore.
Vantaggi principali dell 'invenzione sono: rilevare in modo diretto il carbonio incombusto
attraverso la sua trasformazione in CO2
la necessit? di determinare esattamente la quantit? ceneri prelevate in quanto la radiazione laser ? assorbita in uno strato di pochi decimi di millimetro; misurare rapidamente la quantit? di grazie alla
sorgente di calore e alla piccola quantit? di materiale da prelevare e analizzare fornendo un metodo e un'apparecchio per misurare
reale l'efficienza della combustione.
L'invenzione sar? illustrata pi? in dettaglio con riferimento alla FIGURA allegata che ne rappresenta un esempio di realizzazione.
L 'apparecchio comprende: un dispositivo 1 per prelevare periodicamente un campione d'analisi di
ceneri 2 da una regione di un impianto di combustione 3 situata fra li precipitatore e il preriscaldatore d'aria, non indicati; una cella di reazione 4 a chiusura controllata portante un supporto- iltro 5 per tenere detto campione d'analisi 2; una fonte di ossigeno 6 collegata con l'interno didetta cella di reazione 4 a mezzo di un condotto 7 per inviare entro la cella una quantit? controllata di ossigeno a pressione controllata; un'apertura 8 opposta a detto supporto-filtro 5 chiusa con una lastra 9 di seleniuro di zinco trasparente al laser a C02 ; un diaframma 10, posto fra detti supporto-filtro 5 e apertura ? moss da un motore M fra una posizione di apertura e una posizione di chiusura, indicata in figura, nella quale protegge detta lastra 9 dalla polvere di cenere durante l'introduzione dei campioni d'analis nella cella di reazione una sorgente laser a CO Il che dirige il fascio laser 12, attraverso una lente 13 e uno specchio 14, su una superficie S de campione d'analisi 2 posato sul supporto-filtro 5 pr bruciare i l carbonio contenuto in un piccolo strato d? detta superficie S; un aspiratore 15 per richiamare il gas presente dall'interno di detta cella di reazione e lasciarlo in un rivelatore tarato 16 capace di misurare il contenuto di CO2
rivelatore di tipo NDIR, non- dispersive infrared photometer) ; detto aspiratore 15 assolve anche la funzione di fare il vuoto nella cella di reazione, fino ad attorno 0,1 torr; un riscaldatore a resistenza elettrica 17 per rimuovere l'eventuale umidit? contenuta nel campione d'analisi 2; un eiettore 18 per rimuovere dal supporto-filtro 5 e, quindi, dalla cella di reazione 4, la cenere del campione d'analisi, a fine dell'operazione.
Tutti i condotti dell'apparecchio sono controllati da elettrovalvole V.
Gli organi operativi dell'impianto di combustione 3 (alimentazione del combustibile e dell 'aria serrande , registri, ecc.), il rivelatore tarato 16, gli organi motori del dispositivo 1,della fonte di ossigeno 6, dell'aspiratore 5, dell'eiettore 18, del diaframma mobile 10, la sorgente laser 11, le elettrovalvole V e la resistenza elettrica 17 sono tutti associati, in modo noto, a un controllore a microprocessore C capace di att ivae a intervalli prestabiliti il ciclo di analisi descritto e di correggere il funzionamento degli organi operativi dell?impianto di combustione 3 in funzione del risultato d'analisi fornito dal rivelatore 16, secondo un prestabilito programma di ottimizzazione della combustione.
La potenza del laser ? variabile fra 20 e 30 watt; il diametro del fascio laser su dette superficie S ? compreso fra 8 e 15 mm; il campione d'analisi 2 ha spessore di 4 mm e diametro di 28 mm: il volume della cella di reazione ? di 300 cm3 L'assorbimento di calore per la radiazione laser y provoca un innalzamento della temperatura del materiale interessato compreso fra 900 e 1100 ?C in un tempo variabile fra 10 e 15 secondi. Il gas d? reazione entro la cella pu? essere aria o ossigeno mantenuto a una pressione variabile fra 200 e 600 torr. Con dette caratteristiche dell 'apparecchio e condizioni operative, la quantit? di ossigeno entro detta celle ? sufficiente alla completa ossidazione del volume di ceneri riscaldato dal laser
cm3) con un tempo di irraggiamento compreso fra 30" e 2'. Il campo delle percentuali di carbonio incombusto analizzabile con tale apparecchio ? compreso fra 1 e 40%.
Dopo l'irraggiamento col laser, l'evoluzione del carbonio ? evidenziata da una macchia pi? chiara in corrispondenza di detta superficie S.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1 Metodo per misurare l ' efficienza di una combustione di carbone secondo il quale un campione d'analisi di ceneri (2) ? prelevato periodicamente per analizzare ogni volta una propriet? delle ceneri che sia correlata al contenuto di carbonio incombusto contenuto in dette ceneri, caratterizzato da ci? che comprende 1 ' assieme delle fasi di : a) prelevare ciascun campione d'analisi di ceneri (2) da una regione di un impianto di combustione di carbone (3) e depositare detto campione (2) su un supporto-filtro (5) entro una cella di reazione chiusa ermeticamente in modo controllato (4): b) fare il vuoto in detta cella di reaziona c) introdurre gas comburente a pressione controllata detta, cella di reazione; d) proiettare su un'area (S) di detto campione d'analisi di ceneri (2) un ascio laser (12) di natura e potenza tali che la radiazione laser sia assorbita da dette ceneri e riscaldi almeno alla temperatura di combustione del carbonio uno strato superficiale di detto campione d 'analisi ( 2) ; e) prelevare il gas comburente e con esso il CO prodotto in detta cel (4) dalla combustione del carbonio contenuto nella parte di detto campione d'analisi (2) riscaldata dal fascio laser e determinare la quantit? di detto CO2 in un primo rivelatore tarato (16) per dedurre la quantit? di carbonio incombusto nelle ceneri in base a una taratura gi? effettuata con l' apparecchio inventato.
- 2) Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ci? che comprende dette fasi a), b), c), d). e) e una fase f) di prelevare da detta cella (A) il gas comburente e con esso l' O2 residuo dalla combustione del carbonio , determinare in un secondo rivelatore tarato (16) la quantit? di detto 02 per determinare il consumo di ossigeno in detta combustione e dedurre da ci? la quantit? di carbonio incombusto nelle ceneri in base a una taratura gi? effettuata con l'apparecchio inventato.
- 3) Metodo per misurare l'efficienza di una combustione di carbone in cui un campione d'analisi di ceneri (2) ? prelevato periodicamente per analizzare ogni volta una propriet? delle ceneri che sia correlata alla quantit? di carbonio incombusto contenuto in ceneri caratterizzato da ci? che comprende le fasi a) b), c) d) e), f) delle rivendicazioni 1 e 2.
- 4) Metodo secondo le rivendicazioni 1. 2 e 3 caratterizzato da ci? che detto fascio laser ? un fascio di un laser a CO2.
- 5) Metodo secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato da ci? che il tempo per riscaldare dette ceneri almeno alla temperatura di combustione del carbonio pu? essere variato facendo variare la potenza del fascio laser.
- 6) Metodo secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato da ci? che il tempo per riscaldare dette ceneri almeno alla temperatura di combustione del carbonio pu? essere variato facendo variare la sezione del fascio laser.
- 7) Metodo secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato da ci? che il tempo per riscaldare dette ceneri almeno alla temperatura di combustione del carbonio pu? essere variato facendo variare la potenza e la sezione del fascio laser. 8) ?pparecchio per misurare l'efficienza di una combustione secondo il metodo conforme alle rivendicazioni precedenti comprendente un dispositivo (1) per prelevare periodicamente campioni d'analisi di ceneri (2) della combustione del carbone da una regione di un impianto di combustione (3) caratterizzato da ci? che anche comprende: una cella di reazione (4) a chiusura controllata portante un supporto-filtro (5) per tenere un campione d'analisi di ceneri (2) consegnato da detto dispositivo (1) ; un mezzo (15) per fare il vuoto in detta cella di reazione (4): una fonte di gas comburente (6) collegata con l'interno di detta cella di reazione (4) per inviare entro detta cella una quantit? controllata di gas comburente a pressione controllata : una sorgente di detto laser (11); un'apertura (8) per il passaggio del fascio (12) di detto laser (11) opposta a detto supporto-filtro (5) e chiusa con una lastra (9) di materiale trasparente al fascio laser (12); mezzi (13, 14) per dirigere detto fascio laser (12) su un'area (S) del campione d'analisi di ceneri (2) posato su detto supporto-filtro (5) per bruciare il carbonio contenuto in uno strato superficiale di detto campione d'analisi; un rivelatore (16) tarato nel presente apparecchio, capace di misurare il contenuto di anidride carbonica presente in un gas; un aspiratore (15) capace di richiamare il gas dall'interno di detta cella di reazione (4) per lasciarlo in detto rivelatore (16); un eiettore (IR) per rimuovere le ceneri di detto. campione d'analisi (2) dalla camera di reazione (4) dopo la combustione: un diaframma mobile (10) fra una posizione di apertura e una di chiusura, posto fra detta apertura (8) e detto supporto-filtro (5). per trovarsi in posizione di chiusura durante 1'ingresso della cenere in detta cella di reazione (4) e proteggere detto materiale trasparente (9): un mezzo (17) per riscaldare la camera di reazione (4) onde rimuovere l'umidit? eventuale contenuta nella cenere del campione d'analisi (2). 9) Apparecchio secondo la rivendicazione 8 caratterizzato da ci? che il rivelatore tarato (16; ? un rivelatore tarato nel presente apparecchio per misurare il contenuto di ossigeno in un gas. 10) Apparecchio secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato da ci? che comprende un rivelatore tarato (16) per misurare il contenuto di anidride carbonica in un gas e un rivelatore tarato (16) per misurare il contenuto di ossigeno in un gas. 11) Apparecchio secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzato da ci? che la sorgente laser ? una sorgente di laser a C02. 12) Apparecchio secondo la rivendicazione 11 caratterizzato da ci? che detta sorgente laser ha variabile fra 20 e 30 watt. 13) Apparecchio secondo le rivendicazioni da 8 a 12 caratterizzato da ci? che un controllore programmato (C) ? associato all'impianto di combustione (3). ad almeno un rivelatore tarate (16) e a tutti fili organi operativi dell'apparecchio per attivare a intervalli prestabiliti le fasi d?analisi secondo le rivendicazioni da 1 a 7 e per ottimizzare la combustione nell'impianto di combustione (3) secondo i risultati d'analisi forniti da almeno un rivelatore tarato (16) ed un programma prestabilito.
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