NL8900318A - Werkwijze voor het meten van een lek in een tussenwand van een regeneratieve warmtegenerator. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET METEN VAN EEN LEK IN EEN TUSSENWAND VAN EEN REGENERATIEVE WARMTEGENERATOR

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd:

Cornells Nicolaas Antonius PRAAT te LIMMEN Lambertus VELD te ALKMAAR

De uitvinding heeft betrekking op werkwijze voor het bepalen van een lek in een tussenmuur in een regeneratieve warmtegenerator, zoals een windverhitter voor een hoogoven, welke warmtegenerator een brandschacht en een in hoofdzaak evenwijdig aan de brandschacht en daarvan door de tussenmuur gescheiden stapelwerkschacht heeft, waarbij de brandschacht voorzien is van aansluitmiddelen voor lucht en voor een brandstof en de stapelwerkschacht voorzien is van een aansluitpoort voor de afvoer van rookgas, waarbij de concentratie van ten minste een gasvormige component in het rookgas wordt gemeten.

Bij een regeneratieve warmtegenerator wordt in een eerste bedrijfsfase een brandstof, meestal een gasvormige brandstof met lucht in een in de brandschacht ingebouwde brander verbrand. De hete verbrandingsgassen worden vanuit de brandschacht naar de stapelwerkschacht geleid waarin voelbare warmte door de verbrandingsgassen wordt afgegeven aan een stapelwerk van gestapelde geperforeerde stenen. In een tweede bedrijfsfase wordt lucht in omgekeerde richting door de warmtegenerator geleid en neemt daarbij warmte van het stapelwerk op. De opgewarmde lucht verlaat de warmtegenerator via een opening in de brandschacht en kan bijvoorbeeld gebruikt worden als hete wind voor een hoogoven.

De scheidingswand tussen de brandschacht en de stapelwerk-schacht wordt, vooral onderin de warmtegenerator ter plaatse van de brander, op temperaturen gebracht die aan de brandschachtzijde respectievelijk de stapelwerkzijde sterk verschillen. In de tussenwand zelf en op de aanhechtingsplaatsen met de mantel kan dit scheurvorming ten gevolge hebben. Scheuren in de tussenwand kunnen zich uitstrekken vanaf de aanvoer van verbrandingslucht en brandstof tot aan het stapelwerk. Door het lek dat daardoor ontstaat verdwijnt een hoeveelheid verbrandingslucht naar de stapelwerk-schacht zonder aan de verbranding deel te nemen. Een gevolg is dat de brandstof niet volledig verbrandt en de rookgassen koolmonoxyde bevatten. Om de verbranding alsnog volledig te maken moet het door pompen aan te voeren volume verbrandingslucht verder worden opgevoerd. Het rendement van de warmtegenerator daalt daarbij door het grotere pompvermogen. Bij grote lekken kan de pompcapaciteit zelfs te laag zijn om voldoende verbrandingslucht voor een volledige verbranding toe te voeren.

In het verleden zijn verscheidene meetmethoden gebruikt om een lek in een tussenmuur te bepalen door het meten van de concentratie van een gascomponent in het rookgas. Hiervoor gekozen gascomponenten waren koolmonoxyde of zuurstof. Een bezwaar van die meetmethode is dat geen onderscheid gemaakt kan worden tussen de gevolgen van een slecht werkende brander en een lek in de tussenmuur. Daarom is geprobeerd om via, door de bodem van de warmte-gererator reikende meetleidingen, gas weg te zuigen vanaf een plaats in de stapelwerkschacht nabij de tussenmuur en de daarin voorkomende zuurstofconcentratie te vergelijken met de zuurstof-concentratie in het afvoergas. Deze meetmethode vraagt moeilijk te installeren voorzieningen en geeft ook maar weinig informatie over de mate van lekkage.

Het doel van de uitvinding is een werkwijze voor het bepalen van een lek in een tussenmuur te verschaffen die informatie geeft over de grootte van het lek. Een ander doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen die eenvoudig en snel uitgevoerd kan worden zonder de bedrijfsvoering van de warmtegenerator in grote mate te beïnvloeden. Daartoe is de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt dat via de aansluitmiddelen een meetgas wordt ingevoerd, waarbij het meetgas een gas is dat boven een in de brandschacht heersende temperatuur een irreversibele verandering in een fysische eigenschap ondergaat en dat als gasvormige component het meetgas wordt gekozen.

De uitvinding gaat uit van het inzicht dat het deel van de lucht en/of de gasvormige brandstof, met daarin meetgas, dat door een lek vanuit de brandschacht naar de stapelwerkschacht verdwijnt, niet op een zo hoge temperatuur komt dat daardoor het meetgas een irreversibele verandering in een fysische eigenschap zal ondergaan. Lucht vermengd met brandstof met daarin meetgas die de gewone weg door de warmtegenerator doorloopt komt wel boven de temperatuur waarbij de irreversibele verandering plaatsvindt. De concentratie van het meetgas in het rookgas is daarmee een maat voor de hoeveelheid gas die door een lek in de tussenwand is gestuurd.

Een nadere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat het meetgas een gas is waarbij de irreversibele verandering een dissociatie is. Bij de dissociatie verdwijnt het meetgas boven een bepaalde temperatuur geheel uit de gasstroom die via de normale weg door de warmtegenerator loopt, en is het meetgas nog slechts aanwezig in het door een lek gestroomde gas. Door middel van een selectieve, op het meetgas gerichte meting kan de hoeveelheid meetgas in het afvoergas gemeten worden, en kan verder uit het meetresultaat de grootte van het lek bepaald worden.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is er verder door gekenmerkt dat het meetgas zwavelhexa-fluoride is. Zwavelhexafluoride is bij normale temperatuur en druk een gas en dissocieert bij circa 600°C. Dit is de temperatuur die in een windverhitter van een hoogoven optreedt vlak boven de kroon van een in de brandschacht opgenomen brander. Zoals hierboven reeds uiteengezet is het deel van de tussenwand beneden de branderkop het gevoeligst voor scheurvorming. Daarbij komt nog dat het drukverschil over de tussenwand in dat deel ervan eveneens het hoogst is zodat een lek hier ter plaatse ook de grootste invloed heeft.

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat het meetgas tot een concentratie van ten minste 100 ppm aan de door de aansluitmiddelen toe te voeren lucht wordt toegevoegd. Gebleken is dat bij een dergelijke concentratie meetgas in het toegevoerde gas, bij voorkeur in de toegevoerde lucht, een invloedhebbend lek in de tussenwand goed bepaalbaar is, terwijl de dosering van het meetgas in de toegevoerde lucht met eenvoudige middelen te realiseren is. In het bijzonder zijn er dan geen voorzieningen nodig om het, onder druk tot vloeistof gecomprimeerde zwavelhexafluoride, met extra verwarmingsmiddelen te verwarmen.

Nog een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat het bepalen van het lek wordt uitgevoerd bij ten minste twee onderling verschillende door de aansluitmiddelen toegevoerde hoeveelheden lucht. Door de meting bij ten minste twee onderling verschillende hoeveelheden lucht uit te voeren, is het mogelijk verstoringen in de metingen te elimineren. Bij voorkeur wordt daarbij een meting uitgevoerd bij de maximale hoeveelheid lucht, omdat daarbij de druk over de tussenwand het grootst is en een aanwezige scheur de grootste hoeveelheid gas doorlaat.

De uitvinding zal in het hiernavolgende worden toegelicht aan de hand van de enige figuur van de tekening.

In de figuur is met verwijzingscijfer 1 algemeen een warmte-generator in de vorm van een windverhitter aangegeven. De wind-verhitter omvat een brandschacht 2 en een stapelwerkschacht 3 die door een tussenmuur 4 van elkaar gescheiden zijn. Onderin de brandschacht is een keramische brander 5 geplaatst. Verbrandingslucht wordt aangevoerd door aansluitpoort 6, brandstof in de vorm van een brandbaar gas door aansluitpoort 7. Het mengsel van verbrandingslucht en brandbaar gas verbrandt in de brandschacht 2. De van de verbranding afkomstige rookgassen stijgen in de brandschacht 2 op, worden door de koepel 8 omgeleid, doorlopen vervolgens de met stapelwerkstenen gevulde stapelwerkschacht 3 en staan daar voelbare warmte af aan de stapelwerkstenen. De af gekoelde rookgassen verlaten de windverhitter door de afvoer-poorten 9, waarvan er een is aangegeven.

Indien in de tussenwand 4 een scheur 10 of een scheur 11 voorkomt, zal een deel van de aangevoerde verbrandingslucht of van het aangevoerde brandbare gas door de scheur dringen en zonder aan de verbranding te hebben deelgenomen met de rookgassen in het onderste deel van de stapelwerkschacht worden meegenomen en door de afvoerpoort 9 verdwijnen. De hoeveelheid gas die de lekken 10 en 11 passeert is met de werkwijze volgens de uitvinding eenvoudig te meten. Daartoe wordt in de luchtaanvoerleiding 12 via een meetgas-aansluiting 13 een bekende hoeveelheid zwavelhexafluoride in de verbrandingslucht gemengd. Een deel van de verbrandingslucht, gemengd met zwavelhexafluoride passeert de scheuren 10 en 11. Aan de afvoerpoorten 9 wordt door middel van de meetleiding 14 het afvoergas bemonsterd. Alle zwavelhexafluoride in het afvoergas is afkomstig van lek via de scheuren 10 en 11. Zwavelhexafluoride dat via de brander in het hoger gelegen deel van de brandschacht terecht komt dissocieert daar en verdwijnt dus als zodanig. De temperatuur vlak boven de kroon van de brander bedraagt circa 600°C. Uit de concentratie zwavelbexafluoride in het afvoergas is bij voorts bekende procesparameters op eenvoudige wijze de hoeveelheid gas te berekenen die de scheuren 10 en 11 is gepasseerd.

Bij voorkeur wordt ten minste één meting uitgevoerd bij maximale aanvoer van verbrandingslucht omdat daarbij de drukval over een scheur maximaal is en daarmee ook de hoeveelheid gas die erdoor passeert. De detectie wordt daardoor vereenvoudigd.

In de praktijk is het mogelijk gebleken twee metingen in een tijdsbestek van minder dan de tijdsduur van een enkele bedrijfs~ fase, dat is in minder dan circa één uur, bovendien zonder daarbij de normale procesgang te verstoren.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het bepalen van een lek in een tussenmuur in een regeneratieve warmtegenerator, zoals een windverhitter voor een hoogoven, welke warmtegenerator een brandschacht en een in hoofdzaak evenwijdig aan de brandschacht en daarvan door de tussenmuur gescheiden stapelwerkschacht heeft, waarbij de brandschacht voorzien is van aansluitmiddelen voor lucht en voor een brandstof en de stapelwerkschacht voorzien is van een aansluitpoort voor de afvoer van rookgas, waarbij de concentratie van ten minste een gasvormige component in het rookgas wordt gemeten, met het kenmerk, dat via de aansluitmiddelen een meetgas wordt ingevoerd, waarbij het meetgas een gas is dat boven een in de brandschacht heersende temperatuur een irreversibele verandering in een fysische eigenschap ondergaat en dat als gasvormige component het meetgas wordt gekozen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het meetgas een gas is waarbij de irreversibele verandering een dissociatie is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het meetgas zwavelhexafluoride is.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het meetgas tot een concentratie van ten minste 100 ppm aan de door de aansluitmiddelen toe te voeren lucht wordt toegevoegd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het bepalen van het lek wordt uitgevoerd bij ten minste twee onderling verschillende door de aansluitmiddelen toegevoerde hoeveelheden lucht.