NL9300984A

NL9300984A - Inrichting voor het bepalen van de wobbe-index van een gasmengsel.

Info

Publication number: NL9300984A
Application number: NL9300984A
Authority: NL
Original assignee: Nederlandse Gasunie Nv
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1995-01-02
Also published as: ATE186118T1; DE69421319T2; EP0628815B1; EP0628815A1; DE69421319D1; ES2139045T3; DK0628815T3; US5482679A

Description

INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN DE WOBBE-INDEX VAN EEN GASMENGSEL

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de Wobbe-index van een eerste gasmengsel, omvattend een mengkamer, middelen voor het toevoeren van het gasmengsel aan de mengkamer via een eerste aantal openingen, middelen voor het toevoeren van een oxidatiegas aan de mengkamer via een tweede aantal openingen, middelen voor het konstant houden van de verhouding tussen de hoeveelheid eerste gasmengsel en de hoeveelheid oxidatiegas toegevoerd aan de mengkamer, middelen voor het verbranden van het in de mengkamer gevormde tweede gasmengsel, en middelen voor het bepalen van het zuurstofgehalte van het na verbranding verkregen rookgas.

Voor het bepalen van de Wobbe-index van gasmengsels zijn diverse typen inrichtingen bekend. Een aantal hiervan is beschreven in de Nederlandse octrooiaanvragen 88.02336, 89.01660 en 90.00449.

Bij deze bekende inrichtingen wordt het eerste gas-mengsel waarvan de Wobbe-index moet worden bepaald gemengd met een oxidatiegas zoals lucht. Deze menging vindt plaats in een mengkamer die enerzijds verbonden is met een toevoer van het eerste gasmengsel en anderzijds met een toevoer van een oxidatiegas zoals lucht. Daarbij wordt gestreefd naar het verkrijgen en handhaven van een konstante verhouding tussen de hoeveelheden toegevoerd eerste gasmengsel en oxidatiegas. Het verkregen tweede gasmengsel wordt vanuit de mengkamer naar een verbran-dingskamer getransporteerd en aldaar verbrand. Van het aldus verkregen verbrandingsgas wordt het zuurstofgehalte bepaald. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een zogenaamde lambda-sonde voor het bepalen van het zuurstof-gehalte in het rookgas. In het algemeen zal hierbij gewerkt worden met een luchtovermaat.

Voor hot bepalen van de Wobbe-index kan daarbij verder op verschillende wijzen worden gewerkt. Een eerste methode bestaat in het konstant houden van de gemeten waarde van het zuurstofgehalte. Het signaal van de lambda-sonde wordt dan gebruikt voor het regelen van de toevoer van hetzij het eerste gasmengsel hetzij van het oxidatie-gas, zodanig dat het resulterende zuurstof-gehalte konstant blijft. De Wobbe-index kan dan worden bepaald door de ingestelde waarden van hetzij het debiet van het eerste gasmengsel hetzij van het debiet van het oxidatiegas. Deze methode garandeert dat de lambda-sonde steeds wordt gebruikt in hetzelfde werkgebied zodat wanneer voorzieningen aanwezig zijn voor het konstant houden van de temperatuur de karakteristiek en met name de veroudering en daardoor verandering van de karakteristiek van de lambda-sonde geen invloed heeft op de gemeten waarde van de Wobbe-index. Bij andere methodes wordt het door de lamda-sonde gemeten zuurstofgehalte direkt omgezet in een waarde van de Wobbe-index .

Indien de tweede methode wordt gebruikt is het van belang dat de hoeveelheid toegevoerd eerste gasmengsel en de hoeveelheid toegevoerd oxidatiegas in een konstante verhouding tot elkaar blijven staan. Daartoe zal in het algemeen een goede regeling aanwezig zijn voor het op elkaar afstemmen van de druk van het eerste gasmengsel in de toevoerleiding naar de mengkamer en de druk van het oxidatiegas in de toevoerleiding naar de mengkamer. In principe zal getracht worden om met gelijke drukken te werken in beide toevoerleidingen aangezien dit technisch de meest eenvoudige oplossing is, maar het is uiteraard mogelijk om met konstante drukverhoudingen te werken. Voorts is het belangrijk om de temperatuur van het eerste gasmengsel en de lucht aan elkaar gelijk te maken, teneinde een konstante gas-lucht verhouding te handhaven.

In de praktijk blijkt dat de hoeveelheid oxidatiegas die moet worden toegevoerd aan de mengkamer aanzienlijk groter moet zijn dat de hoeveelheid eerste gasmengsel. In het geval van aardgas bijvoorbeeld moet de hoeveelheid lucht ca. 8 tot 10 maal de hoeveelheid aardgas zijn om te komen tot een stoechiometrische verbranding. In geval van verbranding met zuurstofoverschot moet dit zelfs nog hoger zijn.

Tengevolge van deze vereiste lucht-gas verhouding zal de diameter van de opening voor de toevoer van het oxidatiegas groter moeten zijn dan de diameter van de opening voor de toevoer van het eerste gasmengsel, indien het aantal openingen gelijk is. Dit verschil in diameter heeft invloed op het stromingspatroon door de openingen en bij wijzigende omstandigheden (druk, temperatuur) zullen de stromingspatronen niet op gelijke wijze veranderen en hiermee wijzigt de lucht-gas verhouding in de mengkamer. Het bovengenoemde effekt kan worden beschreven met het Reynolds getal. De uitvinding bereikt door de diameter van de opening van het oxidatiegas aan te passen aan de diameter van de opening van het eerste gasmengsel dat de Rey-noldsgetallen van beide stromingen aan elkaar gelijk worden en de verkregen lucht-gas verhouding in de mengkamer konstant blijft.

Het aantal openingen voor de toevoer van het oxidatiegas moet hierdoor groter worden dan het aantal openingen voor de toevoer van het eerste gasmengsel. Het exacte aantal openingen wordt bepaald door de vereiste lucht-gas verhouding.

Bij voorkeur wordt voor het eerste gasmengsel één toevoeropening toegepast en een aantal toevoeropeningen van het oxidatiegas. Bij handhaving van een min of meer konstante druk in de toevoerleiding van het eerste gasmengsel, hetgeen in de praktijk meestal het geval is, kan de afmeting van de opening dan zodanig worden bepaald dat een hoeveelheid eerste mengsel hierdoor stroomt die adequaat is voor het op deze wijze bepalen van de Wobbe-index, en zonder dat grote hoeveelheden gasmengsel moeten worden verbruikt.

Bij voorkeur wordt het aantal toevoeropeningen voor het oxidatiegas zodanig gekozen dat de toegevoerde hoeveelheid oxidatiegas groter is dan nodig voor een stoechioraetrische verbranding van het tweede gasmengsel.

Op deze wijze kan door de lambda-sonde gemeten zuurstofgehalte in het rookgas direkt worden gebruikt voor het bepalen van de Wobbe-index.

Andere kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de hiernavolgende beschrijving, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekening waarin schematisch in perspectief het toevoergedeelte voor de verschillende gassen naar een mengkamer is weergegeven.

Voor een meer uitvoerige beschrijving van mogelijke uitvoeringsvormen van een Wobbemeter, wordt verwezen naar de reeds genoemde Nederlandse octrooiaanvragen 8802336, 8901660 en 9000449.

Het hierna beschreven toevoersysteem is bruikbaar voor het toevoeren van de gassen naar de mengkamer gebruikt in deze bekende Wobbemeters.

Het toevoersysteem zoals weergegeven in de figuur omvat een cirkelvormige plaat 1 die langs haar omtrek is voorzien van een aantal gaatjes 2. De plaat 1 vormt een deel van de mengkamer en vormt een afdekking voor een cilindrische ruimte 5 gevormd door een wand 3 en een cirkelvormige bodemplaat 4. In de cirkelvormige plaat 4 is een centrale opening 6 aangebracht die via een leiding 7 verbonden is met een toevoer van oxidatiegas zoals lucht. Door de wand 4 steekt een pijp 20 die zich uitstrekt tot tegen de plaat 1 en die via een klep 21 verbonden is met de leiding 7. Boven het einde van pijp 20 is een opening 22 gevormd in plaat 1. Anderzijds steekt een tweede pijp 25 op dezelfde wijze door de plaat 4, welke pijp verbonden is met een toevoer van gas waarvan de Wobbe-index moet worden bepaald. De pijp 25 is via een opening 26 in de plaat 1 verbonden met de mengkamer.

In de weergegeven uitvoeringsvorm is derhalve het toevoersysteem voor het oxidatiegas via acht openingen 2 en eventueel nog via opening 22 afhankelijk van de stand van de klep 21 verbonden met de mengkamer, terwijl het toevoersysteem voor het te meten gas via opening 26 is verbonden met de mengkamer.

De diameter van opening 26 wordt zodanig gekozen dat bij de heersende drukverhoudingen er voldoende gasde-biet is om een stabiele meting te kunnen uitvoeren. Een goede waarde voor het gasdebiet is bijvoorbeeld 60 li-ter/uur. Daarbij is de diameter van de opening 26 en de dikte van de plaat 1 van dezelfde orde van grootte, zodat geen stromingsverschijnselen optreden die typisch zijn voor leidingen.

Teneinde de invloed van een wijziging van de stromingspatronen van de stroming van eerste gasmengsel en oxidatiegas op de verkregen lucht-gas verhouding te elimineren respectievelijk te beperken is het noodzakelijk om de diameter van de openingen voor de toevoer van oxidatiegas zodanig te kiezen dat de Reynoldsgetallen voor beide stromingen gelijk zijn.

Hiertoe kan de volgende berekening worden gemaakt waarin $ = debiet v = snelheid Δρ = drukval p = dichtheid d = diameter en Y\ = viscositeit - de diameter van de gasopening 26 en het gasdebiet zijn bekend. Hieruit volgt volgens formule (1) en (2) de drukval over de gasopening.

*gas = Vgas * opp. gasopening (1) ^gas — ^ Pgas * v gas (2) - gezien de eerder gemelde voorzieningen ten aanzien van de drukken in de toevoerleidingen van eerste gasmengsel en oxidatiegas is nu ook de drukval over de luchtopeningen 2 bekend: lucht = APgas ^lucht = J ^Plueht/^ ^lucht (3) - Het Reynoldsgetal is gedefinieerd volgens:

Re = pvd/f) (4) - gelijkstellen van de Reynoldsgetallen levert de verhouding van de diameters van de openingen voor toevoer van eerste gasmengsel en oxidatiegas:

- hieruit kan de diameter van de opening voor de toevoer van het oxidatiegas worden berekend. Indien de diameter van de opening bekend is, is ook bekend hoeveel het debiet door één opening bedraagt en met behulp van de totaal benodigde hoeveelheid oxidatiegas kan dan het benodigde aantal openingen voor de toevoer van oxidatiegas worden bepaald.

(Aangezien de viskositeit en dichtheid van gas wijzigen met de samenstelling, moet voor de dichtheid en viskositeit van het eerste gasmengsel in formules 2 en 5 een gemiddelde waarde worden ingevuld).

De opening 22 heeft dezelfde afmetingen als de openingen 2 en dient om de Wobbe-meter te kunnen kalibreren onder gebruikmaking van slechts één kalibratiegas in plaats van de gebruikelijke twee kalibratiegassen. Onder kalibratiegas wordt hierbij verstaan een gas met bekende Wobbe-index.

De daarbij toegepaste werkwijze is als volgt.

In gesloten toestand van de klep 21 wordt een kalibratie-gas toegevoerd via leiding 25 en een oxidatiegas via leiding 7. Op deze wijze wordt één punt van de kalibratie-lijn van zuurstofgehalte vs. Wobbe-index vastgelegd. Vervolgens wordt deze meting herhaald met geopende klep 21. Hierdoor wordt gesimuleerd dat een tweede kalibratie-gas met een lagere Wobbe-index aan de meter wordt aangeboden.

Aangezien de opening 22 gelijk is aan de openin-gen 2, is bekend hoeveel extra oxidatiegas aan de mengkamer wordt aangeboden en kan de Wobbe index van het gesimuleerde tweede kalibratiegas en het tweede punt van de kalibratielijn worden bepaald. Hieruit is de ijkcurve van de Wobbemeter bekend.

Claims

1. Inrichting voor het bepalen van de Wobbe-index van een eerste gasmengsel, omvattend een mengkamer, middelen voor het toevoeren van het eerste gasmengsel aan de mengkamer via een eerste aantal openingen, middelen voor het toevoeren van een oxidatiegas aan de mengkamer via een tweede aantal openingen, middelen voor het konstant houden van de verhouding tussen de hoeveelheid eerste gasmengsel en de hoeveelheid oxidatiegas toegevoerd aan de mengkamer, middelen voor het verbranden van het in de mengkamer gevormd tweede gasmengsel en middelen voor het bepalen van het zuurstofgehalte van het na verbranding verkregen verbrandingsgas, met het kenmerk, dat de verhouding van de diameters van de openingen voor toevoer van het eerste gasmengsel resp. het oxidatiegas aan de mengkamer zodanig gekozen is dat de Reynoldsgetallen van de stroming van eerste gasmengsel resp. het oxidatiegas door de openingen aan elkaar gelijk zijn, en dat het aantal openingen is bepaald door de gewenste verhouding van het debiet van eerste gasmengsel en het oxidatiegas.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat één toevoeropening voor het eerste gasmengsel wordt toegepast en een aantal toevoeropeningen voor het oxidatiegas.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het aantal toevoeropeningen van het oxidatiegas groter is dan nodig voor een stoechiometrische verbranding van het tweede gasmengsel.

4. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat een der toevoeropeningen voor een van de gasstromen waarvoor meerdere toevoeropeningen aanwezig zijn, afsluitbaar is.