NL9000449A - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van de wobbe-index. - Google Patents

Description

Uitvinder: Kees Dijkstra te Groningen

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN DE WOBBE—INDEX

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van de Wobbe-index van een gasmengsel, waarbij het gasmengsel vanuit een toevoergedeelte wordt toegevoerd aan een eerste bufferruimte en vanuit deze eerste bufferruimte via tenminste een doorstroomopening wordt toegevoegd aan een mengkamer, een oxidatiegas vanuit een toevoergedeelte wordt toegevoerd aan een tweede bufferruimte en vanuit de tweede bufferruimte via tenminste een doorstroomopening wordt toegevoerd aan de mengkamer, waarbij in de mengkamer een tweede gasmengsel wordt gevormd en dit tweede gasmengsel wordt verbrand in een verbrandingskamer, waarbij de toevoer vanuit een toevoergedeelte naar een van de bufferruimtes plaatsvindt via een drukreduceerklep, zodat in de betreffende bufferruimte een konstante druk heerst, en waarbij de temperatuur van het tweede gasmengsel voor de verbranding en de temperatuur van het bij de verbranding gevormde verbrandingsgas wordt gemeten en uit de aldus gemeten temperatuur de Wobbe-index wordt bepaald.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Union Wobbemeter zoals die commercieel op de markt wordt gebracht.

Het nadeel van deze bekende werkwijze is dat hierbij de druk in de twee bufferruimtes door middel van gasreduceerkleppen wordt geregeld. Dit is een absolute meting die in normale omstandigheden er voor zorgt dat een constante mengverhouding wordt gerealiseerd in de mengkamer. Kleine afwijkingen in een van de gasreduceerkleppen kunnen echter het systeem ontregelen en aanleiding geven tot belangrijke fouten.

De uitvinding stelt zich tot doel een werkwijze van de bovengenoemde soort te verschaffen waarbij de genoemde nadelen worden vermeden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de twee bufferruimtes met elkaar zijn verbonden via een ruimte die via een restrictie in verbinding staan met de omgeving en de toevoer van gas naar de andere bufferruimte plaatsvindt met een konstant debiet, welk debiet iets groter is dan het normaal vanuit deze bufferruimte naar de mengkamer stromende debiet.

Doordat slechts de druk in een van de bufferruimte wordt geregeld door middel van een drukreduceerklep wordt via de communicerende ruimte de druk in de andere bufferruimte automatisch gelijk aan de druk in de eerste bufferruimte. Variaties in de druk in de eerste ruimte geven automatisch een aanpassing aan de druk in de tweede bufferruimte, waarbij de hoeveelheid gas die naar de mengkamer stroomt automatisch mee wordt aangepast met dezelfde mengverhouding. Overmaat toegevoerd aan de tweede bufferruimte wordt afgevoerd, terwijl het teveel toegevoerd voor een automatische kompensatie zorgt.

Bij voorkeur wordt als bufferruimte met konstant geregelde druk de tweede bufferruimte gekozen.

Door het oxidatiegas onder konstante druk te houden, wordt een minder gevoelig systeem verkregen, daar dit in het algemeen de grotere volumestroom is van de toegevoerde gashoeveelheden.

Andere kenmerken en voordelen zullen duidelijk worden uit de hiernavolgende beschrijving waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen.

Hierin is:

Fig. 1 een schematische weergave van een Wobbe-meter geschikt voor het bepalen van de Wobbe-index volgens de uitvinding,

Fig. 2 een schematische weergave van een ten opzichte van Fig. 1 gewijzigde uitvoeringsvorm, en

Fig. 3 een schematische weergave van een ten opzichte van

Fig. 2 gewijzigde uitvoeringsvorm van de brander.

De inrichting zoals weergegeven in fig. 1 omvat een toevoergedeelte 10 voor het oxidatiegas en een toevoer-gedeelte 20 voor het gasmengsel waarvan de wobbe-index moet worden bepaald. Het oxidatiegas kan lucht zijn, maar ook elk ander gas waarmee het gasmengsel kan worden geoxideerd, zoals zuivere zuurstof, met zuurstof verrijkte lucht, peroxiden en dergelijke.

Het gasmengsel kan aardgas zijn, maar elk ander gas of gasmengsel dat gebruikt kan worden voor verbrandings-doeleinden kan in principe worden onderzocht met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding.

Het toevoergedeelte 10 voor het oxidatiegas omvat een toevoerleiding 11, die enerzijds is aangesloten aan een bron van oxidatiegas, die een odidatiegas onder in hoofdzaak constante druk levert, bijvoorbeeld omgevingslucht. Anderzijds is de toevoerleiding 11 verbonden met drukregel-klep 12, waarlangs het oxidatiegas in een pijpgedeelte of bufferruimte 13 stroomt. Via de drukregelklep 12 wordt de gasdruk in het pijpgedeelte of bufferruimte 13 geregeld op een konstant niveau.

Het toevoergedeelte 20 voor het gasmengsel omvat een toevoerleiding 21 die enerzijds is aangesloten aan een bron van het te meten gasmengsel, en anderzijds aan een debietregelklep 22 waardoor het gasmengsel naar een pijpgedeelte of bufferruimte 23 kan stromen. Het instellingsniveau van de regelklep 22 zal later worden besproken. Het betreft hier een type klep dat algemeen bekend is en bijvoorbeeld in de handel wordt gebracht door Brooks onder de naam flow-controller.

De pijpgedeelten 13 en 23 zijn tenminste gedeeltelijk onderling evenwijdig en in warmte-uitwisselend kontakt met elkaar aangebracht, bijvoorbeeld via een coaxiaal deel 25. Indien nodig kan rond het coaxiaal deel een electrische verwarming worden aangebracht, waarmede het gasmengsel en het oxidatiegas tot eenzelfde temperatuur kunnen worden verwarmd. Het pijpdeel 13 mondt uit in een mengkamer 30 via een doorstroomopening of een aantal doorstroomopeningen 16. Het pijpdeel 23 mondt evenens uit in de mengkamer 30 via een doorstroomopening 26.

Het pijpgedeelte 13 en het pijpgedeelte 23 zijn onderling verbonden via een pijp 31, zodat in de twee pijpgedeeltes dezelfde druk wordt in stand gehouden. De pijp 31 is ongeveer halfweg tussen de twee pijpgedeetles 13 en 23 via een capillair kanaal 32 verbonden met de omgevingslucht. Eventueel is in het capillair kanaal een brander aangebracht.

De mengkamer 30 is op haar beurt weer verbonden met een verbrandingskamer, niet weergegeven in figuur 1, alwaar het in de mengkamer 30 gevormde gasmengsel wordt verbrand. Bij voorkeur is in de mengkamer een thermometer aangebracht waarmee de temnperatuur van het aldaar gevormde gasmengsel wordt bepaald eventueel is het mogelijk om voor de mengkamer reeds de temperatuur te bepalen, bijvoorbeeld van het oxidatiegas in het pijpgedeelte 13. Dit kan omdat het oxidatiegas het grootste volume vormt van het gasmengsel in de mengkamer 30 en doordat de twee gasstromen op nagenoeg dezelfde temperatuur worden gebracht en gehouden.

Direkt achter de brander is eveneens een thermometer aangebracht, waarmede de temperatuur ven het bij de verbanding gevormde verbrandingsgas wordt bepaald. Door vergelijking van de temperaturen van het toegevoerde gasmengsel en de temperatuur van het verbrandingsgas wordt een maat van de Wobbe-index verkregen. Wanneer de temperatuurbepalingen elektrisch plaatsvinden dan kan de vertaling naar Wobbe-index direkt plaatsvinden, bijvoorbeeld via een brugschakeling. Bij voorkeur wordt daarom de temperatuurbepaling uitgevoerd met een weerstandsdraad, bijvoorbeeld een nikkel-draad, die enerzijds is opgehangen in de mengkamer en anderzijds achter de brander, en die aldus direkt kan worden opgenomen in een brugschakeling.

Het is echter ook mogelijk om de Wobbe-meter zoals beschreven te gebruiken in combinatie met een X-sonde een en ander zoals beschreven is in de Nederlandse octrooiaanvrage 8901660 en 8802336. Ook andere elementen die hieruit bekend zijn kunnen verder worden gebruikt in de onderhavige Wobbe-meter.

De afmetingen van de openingen 16 en 26 zijn zodanig gekozen dat het Reynoldsgetal voor beide openingen in principe identiek zijn rekening houdend met de verschillende volumes die er door stromen en de stroomeigenschappen. Immers de stroming van oxidatiegas wordt zo groot gekozen dat er steeds een overmaat oxidatiegas is in de mengkamer, zodat een volledige verbanding wordt gerealiseerd in de brander.

De werking van de inrichting volgens figuur 1 is als volgt. Via leiding 11, klep 12 en pijpdeel 13 wordt lucht onder constante druk toegevoerd aan de uitstroom-opening 16. Een gedeelte van deze lucht stroomt via de openingen 16 naar de mengkamer 30, terwijl een ander deel hiervan eventueel via de leiding 31 en de capillaire leiding 32 kan wegstromen.

Via leiding 21, klep 22 en pijpdeel 23 wordt een gasmengsel waarvan de Wobbe-index moet worden bepaald toegevoerd aan de opening 26. Door de leiding 31 is de druk van het gasmengsel in het pijpdeel 23 gelijk aan de druk van de lucht in het pijpdeel 25. Daarnaast de afstelling van de klep 22 zodanig gekozen dat door de klep 22 een hoeveelheid gas stroomt die groter is dan de hoeveelheid gas die bij de druk bepaald door de afstelling van de klep 12 door de opening 26 naar de mengkamer 30 stroomt. De overmaat gas die wordt toegevoerd aan het pijpgedeelte 23 wordt via de leiding 31 en de capillaire leiding 32 afgevoerd.

Doordat door de leiding 31 de druk in de pijpgedeeltes 13 en 23 gelijk is, en in principe wordt die ook konstant gehouden via de drukregelklep 12, dan zal de hoeveelheid gas en lucht die door de openingen 26 respectievelijk 16 steeds gelijk zijn, en zal er een constante mengverhouding gas/lucht ontstaan in de mengkamer, hetgeen voorwaarde is voor een reproduceerbare bepaling van de Wobbe-index.

Wanneer de druk bepaald door de drukregelklep 12 om enige reden op een andere waarde zou worden ingesteld, dan heeft dit geen gevolgen voor de mengverhouding in de mengkamer 30. immers wanneer de druk hoger wordt dan betekent dit dat er meer gas in de mengkamer 30 zal stromen. Wanneer nu de Reynoldsgetallen voor de openingen 16 en 26 identiek zijn, dan zal de hoeveelheid lucht die in de mengkamer stroomt overeenkomstig worden gewijzigd. De mengverhouding blijft gelijk, maar de hoeveelheid gas die door het capillair wordt afgevoerd vermindert. Wordt de druk bepaald door de drukregelklep 12 lager dan stroomt minder lucht in de mengkamer 30, maar aangezien ook de druk in de pijpdeel 23 is gedaald stroomt ook minder gas in de mengkamer 30. Aangezien de hoeveelheid gas konstant blijft wordt een grotere hoeveelheid gas afgevoerd via de capillaire leiding 32.

Indien gewenst kan het gasmengsel afgevoerd via de capillaire leiding 32 worden verbrand. Anderzijds kan de afgevoerde hoeveelheid worden gemeten, en afhankelijk hiervan ken bijvoorbeeld de instelling van de klep 22 worden bijgeregeld. Belangrijk hierbij is dat de via de klep 22 toegevoerde hoeveelheid gas steeds een overmaat gas is. Principieel is ook mogelijk om de rol van gas en lucht om te keren, in die zin dat het gas wordt toegevoerd onder constante druk terwijl de lucht wordt toegevoerd met een constant volume. Deze situatie is echter bij toepassing van het principe van temperatuurmeting iets minder voordelig, aangezien lucht de grootste toegevoerde hoeveelheid is.

In figuur 2 is een tweede uitvoeringsvorm van een Wobbe-meter volgens de uitvinding weergegeven. De hier weergegeven inrichting bestaat in wezen uit een vertikaal geplaatste cilindrische pijp 50. Het niet weergegeven ondereinde van deze pijp is verbonden met een ventilator die lucht in de pijp 50 blaast. Op een bepaalde hoogte zijn diametraal tegenover elkaar twee aansluitingopeningen 51 en 52 aangebracht, waarop respectievelijk de pijpdelen 53 en 54 zijn aangebracht. Het pijpdeel 53 heeft een L-vorm met een been naar boven gericht. Het is aan de bovenzijde voorzien van een vrije uitstroomopening, waarin eventueel voorzieningen kunnen zijn aangebracht om aldaar een waakvlam te laten branden. Tevens is het pijpdeel 53 voorzien van een restrictie 55. Het pijpdeel 54 strekt zich horizontaal uit en is voorzien van een vrije opening 57.

Diametraal doorheen de pijp 50 en binnen de pijpdelen 53 en 54, strekt zich een pijp 60 uit die enerzijds eindigt binnen het pijpdeel 53 en anderzijds via een debietregelklep 61 is verbonden met een toevoer van gas.

In het midden van de pijp 50 is loodrecht op de pijp 60 een buisdeel 65 aangebracht, op een wijze zoals meer gedetailleerd is weergegeven in figuur 3. Het buisdeel 65 heeft een konisch breder wordend deel 66, dat tenslotte overgaat in een cilindrisch deel 67 dat is vervaardigd uit een isolerend materiaal. In het benedeneinde van het deel 67 is een brander gevormd. In het buisdeel 65 is een aantal openingen gevormd waardoor het inwendige van het buisdeel 65 verbonden is met de pijp 50. Hierdoor kan lucht toegevoerd aan de pijp 50 naar het buisdeel 65 stromen. Zoals weergeven in figuur 3 is pijp 60 eveneens via een opening 70 verbonden met het buisdeel 65. Op deze wijze kan gas toegevoerd aan de pijp 60 worden toegevoerd aan het buisdeel 65.

Het in het buisdeel 65 gevormde gasmengsel wordt dan verbrand in het deel 67 en kan via het boveneinde van de pijp 50 als verbrandingsgas ontwijken. In het buisdeel 65 en boven het branderdeel 67 kan een elektrische weerstandsdraad zijn aangebracht waarmede de temperatuur van de aldaar stromende gassen kan worden bepaald.

Het branderdeel 67 is via een schot 72 verbonden met de binnemwand van de pijp 50. In dit schot 72 is een aantal openingen aangebracht zodat lucht toegevoerd door de ventilator zich kan vermengen met de verbrandingsgassen. Aangezien de druk in de pijp 50 konstant is en de druk boven het schot 72 eveneens konstant is, namelijk de atmosferische druk, zal de door het schot 72 stromende hoeveelheid lucht in verhouding met de andere gas en luchtstromen konstant zijn. Het mengsel verbrandingsgas en lucht heeft derhalve een konstante mengverhouding, hetgeen betekent dat de temperatuur van dit gasmengsel verhoudingsgewijs lager is, maar nog steeds gebruikt kan worden voor het bepalen van de Wobbe-index.

De opening tussen het pijp deel 60 en het buisdeel 65 is een gecalibreerde opening zodat hierdoor een gecontroleerde hoeveelheid gas stroomt bepaald door de druk ingesteld in pijp 50. Hetzelfde geldt voor de openingen tussen het buisdeel 65 en de pijp 50. Bijvoorkeur is voor beide type openingen gekozen voor eenzelfde Reynoldsgetal, in overeenstemming met de uitvoeringsvorm volgens figuur 1.

De werking van de inrichting volgens figuur 2 is in principe identiek aan die van figuur 1, waarbij het teveel aan toegevoerd gas wordt afgevoerd via het pijpdeel 53, en het teveel aan toegevoerde lucht wordt afgevoerd via hetzelfde pijpdeel 53 en de ringvormige opening tussen de pijpdelen 54 en 60. De opening 57 zorgt tevens voor een warmte-uitwisseling met de gasstroom in de pijp e.d.

In figuur 4 is een gewijzigde uitvoeringsvorm van de branderpijp 67 weergegeven. Het schot 72 is hier niet aangebracht tussen de branderpijp 67 en de binnenwand van de pijp 50, maar tussen de binnenwand van pijp 50 en een wand 75. De wand 75 bestaat uit een konisch bovendeel 76 en een cilindrisch onderdeel 77 dat zich uitstrekt over de branderpijp 67 en hiermede coaxiaal is, zodat tussen de branderpijp en het onderdeel 77 een opening met ringvormige doorsnede wordt gevormd.

Coaxiaal met de wand 75 is een tweede wand 80 aangebracht met dezelde vorm, een konisch bovendeel 81 en een cilindrisch onderdeel 82. Op deze wijze worden twee openingen met ringvormige doorsnede gevormd, een opening 85, die gebruikt wordt voor het doorvoeren van lucht waarmede de wand 80 wordt gekoeld, en een opening 86 waardoor lucht wordt getransporteerd die gemengd wordt met het verbrandingsgas en de temperatuur hiervan op een bekende wijze verlaagt, zodat de meting met grotere nauwkeurigheid kan plaatsvinden. Daarbij vindt de temperatuurmeting van het verbrandingsgas plaats in de ruimte boven het schot 72. Door dit systeem wordt verhinderd dat teveel warmte wordt uitgewisseld met vaste onderdelen in de brander.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het bepalen van de Wobbe-index van een gasmengsel, waarbij het gasmengsel vanuit een toevoer-gedeelte wordt toegevoerd aan een eerste bufferruimte en vanuit deze eerste bufferruimte via tenminste een door- . stroomopening wordt toegevoegd aan een mengkamer, een oxidatiegas vanuit een toevoergedeelte wordt toegevoerd aan een tweede bufferruimte en vanuit de tweede bufferruimte via tenminste een doorstroomopening wordt toegevoerd aan de mengkamer, waarbij in de mengkamer een tweede gasmengsel wordt gevormd en dit tweede gasmengsel wordt verbrand in een verbrandingskamer, waarbij de toevoer vanuit een toevoergedeelte naar een van de bufferruimtes plaatsvindt via een drukreduceerklep, zodat in de betreffende bufferruimte een konstante druk heerst, en waarbij de temperatuur van het tweede gasmengsel vppr de verbranding en de temperatuur van het bij de verbranding gevormde verbrandingsgas wordt gemeten en uit de aldus gemeten temperatuur de Wobbe-index wordt bepaald, met het kenmerk, dat de twee bufferruimtes met elkaar zijn verbonden via een ruimte die via een restrictie in verbinding staan met de omgeving en de toevoer van gas naar de andere bufferruimte plaatsvindt met een konstant debiet, welk debiet iets groter is dan het normaal vanuit deze bufferruimte naar de mengkamer stromende debiet.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bufferruimte met konstant geregelde druk de tweede bufferruimte is.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat het verbrandingsgas voor het meten van de temperatuur hierin wordt gemengd met een hoeveelheid oxidatiegas toegevoerd vanuit de tweede bufferruimte.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de verbindingsopening(en) tussen de eerste bufferruimte en de mengkamer, en de verbindings-opening(en) tussen de tweede bufferruimte en de mengkamer hetzelfde Reynoldsgetal hebben.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hoeveelheid gas die via de restrictie ontsnapt wordt gebruikt als signaal voor het instellen van het debiet van de gasstroom met konstant debiet.