DE102011119303A1 - Device for determining thermal output, particularly from incinerator equipment, has heat resistant element, in which temperature sensor is arranged at its surface, which measures temperature near surface of heat resistant element - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleistung, insbesondere von Feuerungen, durch die Erfassung der an den umliegenden Wandungen aufgeprägten Wärmeleistung.The present invention relates to a device and a method for determining the heat output, in particular of firings, by the detection of the impressed on the surrounding walls heat output.
Oftmals lässt sich bei Verbrennungsvorgängen die Wärmeleistung direkt am Ort der Verbrennung, beispielsweise einer Feststoffverbrennung wie der Abfall- oder Kohleverbrennung, nur sehr schwer feststellen. Diese Größe ist jedoch für die Kontrolle der Verbrennung, z. B. zur Regelung der Verbrennung, im Falle der Feststoffverbrennung der Feuerungsleistungsregelung (FLR), äußerst hilfreich.Often, in combustion processes, the heat output directly at the place of combustion, for example, a solid combustion such as waste or coal combustion, find it very difficult. However, this size is for the control of combustion, eg. As for the control of combustion, in the case of solid combustion of the firing rate control (FLR), extremely helpful.
Neben der insgesamt bei der Verbrennung freigesetzten Wärmeleistung ist auch die auf die Umfassungswände der Feuerung bezogene, aufgeprägte Leistung (Wärmestromdichte) zur Beurteilung des Verbrennungsprozess und seiner Auswirkungen von Interesse. Bei bekannter Wärmeleistung können auch die Auswirkungen der Oberflächenverschmutzung auf die Wärmeauskopplung (z. B. veränderte Strahlungsreflexion oder zusätzliche isolierende Wirkungen) erfasst werden.In addition to the overall heat released during combustion, the impressed power (heat flux density) related to the surrounding walls of the furnace is also of interest in assessing the combustion process and its effects. With known heat output, the effects of surface contamination on heat extraction (eg altered radiation reflection or additional insulating effects) can also be detected.
In dem beispielhaften Falle der Abfallverbrennung ist die Feuerungsleistungsregelung (FLR) nicht zufrieden stellend gelöst. Ursachen dafür sind in der Regel die volatilen (= stark und schnell veränderlichen) Eigenschaften des dort verwendeten Brennstoffs, insbesondere dessen Feuchte, flüchtige Stoffe, Umsatzgeschwindigkeit, Heizwert, Stückigkeit, fixer Kohlenstoff und Aschegehalt.In the exemplary case of waste incineration, the firing rate control (FLR) is not satisfactorily resolved. The reasons for this are usually the volatile (= strong and rapidly changing) properties of the fuel used there, in particular its moisture, volatile substances, turnover rate, calorific value, particulate matter, fixed carbon and ash content.
Bisher wird die Feuerungsleistungsregelung (FLR) aufgrund von durch Sensoren ermittelte Daten durchgeführt, wobei diese Daten oder die Sensoren oftmals nur mittelbar dazu geeignet sind, den Verbrennungsprozess zu qualifizieren und zu quantifizieren. Dies ist zum einen durch die anlagentechnisch vorgegebene Reaktionszeit (Totzeit) zwischen der Änderung der Feuerungswärmeleistung und der messbaren Veränderung bei der produzierten Dampfmenge (Dampfleistung, Nutzenergie) und zum anderen durch den in der Regel bestehenden großen zeitlichen Unterschied zwischen dem realen Vorliegen der Größe bei der Verbrennung (z. B. Sauerstoffgehalt und Rauchgastemperatur) bis zu ihrer messtechnischen Erfassung durch die Sensoren, so dass eine Einwirkung auf diesen Verbrennungsprozess nur zeitlich nacheilend, also mit Zeitverzug, möglich ist. Hinzu kommt gegebenenfalls noch eine Totzeit durch die Aufarbeitung des Messsignals.So far, the firing rate control (FLR) is performed on the basis of data determined by sensors, which data or the sensors are often only indirectly suitable for qualifying and quantifying the combustion process. On the one hand, this is due to the plant-specific reaction time (dead time) between the change in combustion heat output and the measurable change in the amount of steam produced (steam output, useful energy) and, secondly, the large difference in time between the actual presence of the size in the case of Combustion (eg oxygen content and flue gas temperature) up to their metrological detection by the sensors, so that an impact on this combustion process is only delayed in time, ie with time delay, possible. In addition, if necessary, there is a dead time due to the processing of the measurement signal.
Zur FLR müssen bisher die Sensoren mechanische Größen, Temperaturen und Massenströme messen. Des Weiteren werden in der Regel noch Gasanalysen durchgeführt.So far, the sensors of FLR have had to measure mechanical quantities, temperatures and mass flows. Furthermore, as a rule, gas analyzes are still carried out.
Ein konkretes Verfahren des Standes der Technik verwendet zur FLR die Messgrößen Frischdampfmenge (I), d. h. im wesentlichen die in der Feuerung freigesetzte Wärme, Sauerstoffkonzentration im Rauchgas (II), die den Umsatz der eingebrachten Verbrennungsluft wiedergibt, und Temperatur (III) der aus dem Verbrennungsraum austretenden Rauchgase. Dieses Verfahren enthält außer dem Nacheilen der Ergebnisse aufgrund der Fehler, mit denen die einzelnen Größen gemessen oder abgeschätzt werden, in der Regel Ungenauigkeiten und die daraus ermittelte Leistungsdichte im Feuerraum ist daher mit einer großen Unschärfe behaftet. zudem können diese Messungen zwar über die zeitlichen Veränderungen der integralen Feuerungswärmeleistung informieren, aber nicht über die ortsaufgelösten Verbrennungsabläufe.A concrete method of the prior art uses the measured quantities live steam quantity (I), d. H. essentially the heat released in the furnace, oxygen concentration in the flue gas (II), which represents the conversion of the introduced combustion air, and temperature (III) of the flue gases leaving the combustion chamber. In addition to lagging the results due to the errors with which the individual quantities are measured or estimated, this method usually contains inaccuracies and the resulting power density in the combustion chamber is therefore subject to great blurring. In addition, these measurements can provide information about the temporal changes in the integral heat output of the furnace, but not about the locally resolved combustion processes.
Um diese Unschärfen zu verringern werden oftmals zusätzlich als Stellgrößen der FLR die Volumenleistung des Brennstoffzuteilers und die Rostbewegung in die Berechnungen aufgenommen.In order to reduce these blurs, the volumetric output of the fuel meter and the rust movement are often included in the calculations as manipulated variables of the FLR.
Zusätzlich wird die FLR in anderen Verfahren des Standes der Technik verbessert, indem die Messungen von Pyrodetektoren, Video- oder Infrarotkameras und/oder der durch Mikrowellen ermittelten Flächentemperaturverteilung, die in einer Ebene der Brennkammer oder am Austritt der Feuerung gemessen wird, in die Daten zur FLR eingebunden werden.In addition, in other prior art methods, the FLR is enhanced by incorporating the measurements of pyrodetectors, video or infrared cameras, and / or the microwave surface temperature distribution measured in a plane of the combustor or at the exit of the combustor into the data for FLR be involved.
Obwohl die Datenverarbeitung mit modernen Rechenanlagen schnell durchführbar ist, ist eine sehr schnelle FLR aufgrund der stark verzögerten Verfügbarkeit der Daten bisher nicht möglich.Although data processing with modern computer systems can be carried out quickly, a very fast FLR is currently not possible due to the greatly delayed availability of the data.
Es ist bisher auch nicht möglich, mittels theoretischer Modelle aus einem bekannten Zustand der Verbrennung zu schließen, da all diese Modelle mit einer weiteren Unschärfe das verhalten in der Zukunft wiedergeben. Daher ist es nicht möglich, die Verzögerung der Daten durch die Anwendung theoretischer Modelle zufrieden stellend zu kompensieren.So far, it has not been possible to deduce from a known state of combustion by means of theoretical models, since all these models reflect the behavior in the future with a further blurring. Therefore, it is not possible to satisfactorily compensate the delay of the data by the use of theoretical models.
Es wäre somit von großem Vorteil, die aus den ermittelten Daten zur Verbrennung (primär die Wärmeleistung) erzeugten Regelungssignale der FLR für die Stellglieder mit möglichst geringem Zeitversatz zu generieren.It would therefore be of great advantage to generate the control signals of the FLR for the actuators generated from the determined data for the combustion (primarily the heat output) with the least possible time offset.
Somit ist einer der größten Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur FLR der große Zeitversatz zwischen der Messung der aktuellen Prozessgrößen und der Verfügbarkeit der Daten zur Regelung der Verbrennung, beziehungsweise der Regelsignale zur FLR.Thus, one of the major disadvantages of the previously known methods for FLR is the large time offset between the measurement of the current process variables and the availability of the data for controlling the combustion, or the control signals to the FLR.
Ein weiterer Nachteil der bisher verwendeten Verfahren ist die relativ aufwendige Messung. Another disadvantage of the previously used method is the relatively expensive measurement.
Die Mehrzahl der Sensoren ist apparativ komplex gestaltet und erfordern erhöhte Aufmerksamkeit gegenüber der Abbildung der Signalwirklichkeit bzw. Querempfindlichkeit und verlangen hoch qualifiziertes Instandhaltungspersonal oder teure Wartungsverträge mit den Herstellern, dieser Sensoren. Es ist nur sehr schwer bis unmöglich, Sensoren zu realisieren, die schnelle Signale bei einer guten Prozessnähe mit einer kostengünstigen Anschaffung und Wartung und einer großen Robustheit der Sensoren kombinieren.The majority of the sensors are complex in terms of equipment and require increased attention to the imaging of the signal or cross-sensitivity and require highly qualified maintenance personnel or expensive maintenance contracts with the manufacturers of these sensors. It is very difficult, if not impossible, to realize sensors that combine fast signals with good process proximity, low-cost acquisition and maintenance and great robustness of the sensors.
Zudem ist ein einfacher Austausch von defekten Sensoren in einem fertigen System oftmals nicht möglich.In addition, a simple replacement of defective sensors in a finished system is often not possible.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die oben aufgeführten Nachteile überwinden und eine FLR, insbesondere durch eine schnelle Bestimmung der örtlich und zeitaufgelösten Wärmeleistung, ermöglichen, wobei die Sensoren zur Ermittlung der Daten für die FLR vorzugsweise günstig und einfach zu warten sind.The object of the present invention was to provide an apparatus and a method which overcome the above-mentioned disadvantages and enable a FLR, in particular by a rapid determination of the spatially and time-resolved heat output, wherein the sensors for determining the data for the FLR are preferably cheap and easy to maintain.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleistung, bestehend aus einem hitzebeständigen Element gelöst, das vorzugsweise ein Wandelement des Verbrennungsraumes bildet oder zumindest darauf angeordnet ist, bei dem unter der Oberfläche mit Zugang von der Rückseite des hitzebeständigen Elements mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, wobei jeder dieser Sensoren die Temperatur der Oberfläche bzw. die Elementtemperatur nahe der Oberfläche dieses hitzebeständigen Elements misst.The object is achieved by a device for determining the heat output, consisting of a heat-resistant element, which is preferably a wall element of the combustion chamber or at least arranged thereon, in which under the surface with access from the back of the refractory element is arranged at least one temperature sensor, wherein each of these sensors measures the temperature of the surface or the element temperature near the surface of this refractory element.
Neben der Hitzebeständigkeit des Elements ist insbesondere von Vorteil, wenn das Element möglichst rauchgasdicht, korrosions- und erosionsfest ist.In addition to the heat resistance of the element is particularly advantageous if the element is as smoke-tight as possible, corrosion and erosion resistant.
Im Folgenden wird das hitzebeständige Element aus Gründen eines besseren Verständnisses 'K-Platte' genannt, da Keramik (K-) ein bevorzugtes Material für dieses Element darstellt und eine Anordnung dieses Elements als flächiges Wandelement eine bevorzugte Ausführungsform bildet.Hereinafter, for better understanding, the heat-resistant element is called 'K-plate' since ceramic (K-) is a preferred material for this element and an arrangement of this element as a sheet-like wall element constitutes a preferred embodiment.
Dies soll jedoch nicht ausschließen, dass das hitzebeständige Element auch eine andere. Form als die Plattenform annehmen könnte. Vielmehr kann es jede beliebige Form annehmen, zum Beispiel eine Würfelform, Zylinderform oder Kugelform. Auf diese Weise kann ein solches Element näher an dem Ort der Verbrennung positioniert werden, zum Beispiel auf einem hitzebeständigen Rohr, durch das die Zuleitungen zu den Sensoren aus dem Verbrennungsraum herausgeleitet werden. Theoretisch wäre auf diese Weise selbst eine Anordnung im Zentrum des Ortes der Verbrennung selber möglich.However, this should not exclude that the refractory element also another. Could take shape as the plate shape. Rather, it can take any shape, for example, a cube shape, cylindrical shape or spherical shape. In this way, such an element can be positioned closer to the location of the combustion, for example on a heat-resistant tube, through which the supply lines to the sensors are led out of the combustion chamber. Theoretically, even an arrangement in the center of the place of combustion itself would be possible in this way.
Auch soll dies nicht ausschließen, dass noch andere Materialien als Keramiken verwendet werden könnten. In der Tat waren außer Keramiken auch Metalle oder weitere Metalloxide geeignet. Die Hauptsache ist, dass diese 'K-Platte' die im Verbrennungsraum herrschenden Temperaturen unbeschadet übersteht. Von Vorteil wäre es, wenn dieses Element oder zumindest der Bereich über einem Temperatursensor eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt.Also, this should not exclude that other materials could be used as ceramics. In fact, besides ceramics, metals or other metal oxides were also suitable. The main thing is that this 'K plate' survives the temperatures prevailing in the combustion chamber unscathed. It would be advantageous if this element or at least the region above a temperature sensor has a high thermal conductivity.
Von Vorteil wäre es auch, wenn die K-Platte oder zumindest der Bereich über einem Temperatursensor eine geringe spezifische Wärmekapazität aufweist.It would also be advantageous if the K-plate or at least the region above a temperature sensor has a low specific heat capacity.
Wird eine solche K-Platte in der Nähe des Ortes der Verbrennung angeordnet, wird primär dessen Wärmestrahlung die Oberfläche der K-Platte erwärmen. Die auf die Oberfläche aufgeprägte Wärmeleistung wird durch jeden in der K-Platte angeordneten Temperatursensor bestimmt, ohne dass dieser Sensor direkt der Hitze und der schadstoffhaltigen Atmosphäre des Verbrennungsraumes ausgesetzt wäre.If such a K-plate is placed near the place of combustion, its heat radiation will primarily heat the surface of the K-plate. The thermal power impressed on the surface is determined by each temperature sensor arranged in the K-plate, without this sensor being exposed directly to the heat and the pollutant-containing atmosphere of the combustion chamber.
Je näher ein Temperatursensor an der Oberfläche der K-Platte angeordnet ist und je besser die Wärmeleitfähigkeit des Bereichs über dem Sensor ist, desto schneller wird dieser Sensor die Temperatur ermitteln, welche durch die Wärmestrahlung der Verbrennung auf die Oberfläche der K-Platte entsteht. Deshalb ist der Sensor insbesondere nicht auf der Rückseite der K-Platte angeordnet, sondern in einem Hohlraum in der Platte, nahe an deren dem Brennraum zugewandter Oberfläche, damit der Bereich der K-Platte über dem Sensor möglichst dünn ist. Der Hohlraum wird dabei bevorzugt durch den Sensor nahezu ausgefüllt.The closer a temperature sensor is located to the surface of the K-plate and the better the thermal conductivity of the region above the sensor, the faster this sensor will determine the temperature that results from the thermal radiation of the combustion on the surface of the K-plate. Therefore, the sensor is in particular not arranged on the back of the K-plate, but in a cavity in the plate, close to the surface facing the combustion chamber, so that the area of the K-plate above the sensor is as thin as possible. The cavity is thereby preferably almost filled by the sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich über dem Sensor oder den Sensoren dünner als 5 cm, besonders bevorzugt dünner als 1 cm, jedoch bevorzugt dicker als 1 mm.In a preferred embodiment, the area above the sensor or sensors is thinner than 5 cm, more preferably thinner than 1 cm, but preferably thicker than 1 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Oberfläche der K-Platte oder zumindest der Bereich über dem Temperatursensor aus einem anderen Material als die restliche K-Platte, wobei die Temperaturausdehnungskoeffizienten dieser beiden Materialien bevorzugt weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 1%, voneinander abweichen, um temperaturbedingte Spannungen in der K-Platte auch bei Temperaturschwankungen zu minimieren.In a preferred embodiment, the surface of the K-plate, or at least the region above the temperature sensor, is made of a different material than the remaining K-plate, the coefficients of thermal expansion of these two materials preferably being less than 10%, preferably less than 1%, To minimize temperature-induced stresses in the K-plate even with temperature fluctuations.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die K-Platte oder zumindest die Oberfläche der K-Platte oder der Bereich über dem Temperatursensor aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Metalloxid, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.In a further preferred embodiment, the K-plate or at least the surface of the K-plate or the area above the Temperature sensor made of a metal, a metal alloy or a metal oxide, which has a high thermal conductivity.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die K-Platte aus dem Material der feuerfesten Auskleidung herkömmlicher Verbrennungsanlagen. Dieses Material ist z. B. Teil jeder neuzeitlichen Abfallverbrennungsanlage und dient der Sicherstellung der notwendigen oder gesetzlich geforderten Verbrennungstemperaturen und dem Schutz der Membranwände vor verfahrensbedingter Korrosion.In a preferred embodiment, the K-plate is made of the material of the refractory lining of conventional incinerators. This material is z. As part of any modern waste incineration plant and serves to ensure the necessary or legally required combustion temperatures and the protection of the membrane walls before process-related corrosion.
Diese Ausführungsform, bei der die K-Platten die Abmessungen der herkömmlichen Platten der Feuerfestzustellung von Verbrennungsanlagen haben, hat den Vorteil, dass sie bei einer Neuzustellung, bei Revisionen oder Reparaturen kurzfristig und kostengünstig anstelle der alten Platten in den Verbrennungsraum eingebracht werden kann oder vorhandene Platten entsprechend umgebaut werden können.This embodiment, in which the K-plates have the dimensions of the conventional plates of refractory lining of incinerators, has the advantage that it can be introduced in a re-delivery, revisions or repairs in the short term and cost instead of the old plates in the combustion chamber or existing plates can be rebuilt accordingly.
Bevorzugte Materialien für die K-Platten entsprechen den für vorgeformte Schutzsysteme handelsüblichen Feuerfestwerkstoffen. Prinzipiell kann jedoch jeder wärmeleitende Werkstoff, der den Randbedingungen in der eingesetzten Anlage standhält, verwendet werden, vorzugsweise Keramiken und/oder SiC.Preferred materials for the K-plates correspond to the commercially available refractory materials for preformed protection systems. In principle, however, any thermally conductive material which withstands the boundary conditions in the installation used can be used, preferably ceramics and / or SiC.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Temperatursensoren knapp unter der Oberfläche von hitzebeständigen Elementen, insbesondere K-Platten, angeordnet, welche mit dieser Oberfläche einem Verbrennungsraum zugewandt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich über dem Sensor oder den Sensoren dünner als 5 cm, besonders bevorzugt dünner als 1 cm, insbesondere jedoch dicker als 1 mm.In the method according to the invention, temperature sensors are arranged just below the surface of heat-resistant elements, in particular K plates, which face a combustion chamber with this surface. In a preferred embodiment, the area above the sensor or sensors is thinner than 5 cm, more preferably thinner than 1 cm, but especially thicker than 1 mm.
Es können dabei auch schon vorhandene hitzebeständige Elemente verwendet werden, indem auf der Rückseite der hitzebeständigen Elemente Material z. B. durch Bohren oder Fräsen abgetragen und der Temperatursensor in den entstehenden Hohlraum eingesetzt wird.It can also be used already existing heat-resistant elements by material on the back of the heat-resistant elements z. B. removed by drilling or milling and the temperature sensor is inserted into the resulting cavity.
Eine Anordnung der Temperatursensoren in einen Hohlraum des hitzebeständigen Elements, der in dessen Rückseite eingebracht wurde, hat die Vorteile, dass zum einen ein einfacher Austausch des Temperatursensors auch bei laufendem Betrieb der fertigen Anlage ermöglicht werden kann, als auch, dass das hitzebeständige Element in seiner Struktur dermaßen verändert werden kann, dass Bereiche, die nicht zur Messung unbedingt nötig sind unverändert bestehen bleiben. Somit bleibt eine möglichst große Homogenität des hitzebeständigen Elements erhalten, was bei einer anderen Gestaltung der Hohlräume, etwa durch Bohrungen parallel zur Oberfläche, nicht der Fall wäre.An arrangement of the temperature sensors in a cavity of the refractory element, which has been introduced in the back, has the advantages that on the one hand a simple replacement of the temperature sensor can be made possible even during operation of the finished system, as well as that the heat-resistant element in his Structure can be changed so that areas that are not absolutely necessary for the measurement remain unchanged. Thus, the greatest possible homogeneity of the heat-resistant element is obtained, which would not be the case with a different design of the cavities, for example through holes parallel to the surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das hitzebeständige Element daher so gestaltet, dass es ausgehend von seiner Rückseite eine Ausnehmung aufweist, die vorzugsweise in Richtung der Flächennormalen der Oberfläche des hitzebeständigen Elements verläuft und deren Wände insbesondere orthogonal zur Oberfläche verlaufen.In a preferred embodiment, the heat-resistant element is therefore designed so that it has, starting from its rear side, a recess which preferably extends in the direction of the surface normal of the surface of the heat-resistant element and whose walls are in particular orthogonal to the surface.
Bevorzugt entspricht der Querschnitt der Ausnehmung der Form des Temperatursensors, so dass dieser den Endbereich der Ausnehmung komplett oder möglichst komplett ausfüllt. Bei einem runden Temperatursensor kann z. B. eine runde Bohrung in die Rückseite des hitzebeständigen Elements eingebracht werden, die kurz unter der brennkammerseitigen Oberfläche des hitzebeständigen Elements endet, so dass der Sensor bündig an den Wänden des Lochs anliegt.Preferably, the cross section of the recess corresponds to the shape of the temperature sensor, so that it fills the end area of the recess completely or as completely as possible. In a round temperature sensor z. B. a round hole in the back of the refractory element are introduced, which ends shortly below the combustion chamber side surface of the refractory element, so that the sensor is flush with the walls of the hole.
Vorzugsweise werden mehrere Temperatursensoren um einen Verbrennungsort herum angeordnet, was unter anderem einer Verbesserung der Aussagekraft der Messungen dient. Dies kann sowohl dadurch erreicht werden, dass die Vorrichtung so beschaffen ist, dass sie zumindest einen großen Bereich um den Verbrennungsort überdeckt und mehrere Temperatursensoren in diesem Bereich vorzugsweise möglichst gleichmäßig, und/oder bevorzugt gezielt an für die Beurteilung bedeutenden Positionen, angeordnet sind, oder dass mehrere Vorrichtungen, vorzugsweise nebeneinander, in einem großen Bereich um den Verbrennungsort herum angeordnet sind.Preferably, a plurality of temperature sensors are arranged around a combustion location, which among other things serves to improve the informational value of the measurements. This can be achieved both by the fact that the device is such that it covers at least a large area around the combustion site and a plurality of temperature sensors in this area preferably as evenly as possible, and / or preferably targeted for assessment significant positions, or that a plurality of devices, preferably side by side, are arranged in a large area around the combustion location.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Temperatursensoren oder mit Temperatursensoren bestückte K-Platten allseitig in der Mantelfläche der Brennkammer, vorzugsweise über den gesamten Umfang angebracht, so dass ein zumindest partieller Sensorgürtel entsteht.In a preferred embodiment, temperature sensors or K plates equipped with temperature sensors are mounted on all sides in the lateral surface of the combustion chamber, preferably over the entire circumference, so that an at least partial sensor belt is produced.
Auf diese Weise wird ermöglicht, die auf diese Weise detektierte Wärmestrahlung der Verbrennung direkt für eine Ermittlung der Feuerungsleistung zu verwenden. Darüber hinaus ist es auf diese Weise auch möglich, Schieflagen im Rauchgas festzustellen. Ebenfalls ist auf diese Weise die Erfassung der gesetzlich einzuhaltenden und nachzuweisenden Prozesstemperaturen denkbar.In this way it is possible to use the thus detected heat radiation of the combustion directly for a determination of the firing capacity. In addition, it is also possible in this way to determine imbalances in the flue gas. Likewise, it is conceivable in this way to record the process temperatures to be observed and verified by law.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Temperatursensoren oder mit Temperatursensoren bestückte K-Platten in mindestens zwei unterschiedlichen Höhenkoten angebracht. Vorzugsweise sind dabei mehrere zumindest partielle Gürtel, wie vorangehend beschrieben, in unterschiedlichen Höhen angebracht.In a further preferred embodiment, temperature sensors or K plates equipped with temperature sensors are mounted in at least two different levels. Preferably, a plurality of at least partial belts, as described above, are mounted at different heights.
Auf diese Weise sind auch die Nachreaktionen der Flammgase und/oder der Wärmeabbau in verschiedenen Höhenkoordinaten der Brennkammer ermittelbar. Eine auf diese Weise vorgenommene Ermittlung der Nachreaktionen erlaubt die bedarfsgerechte Zumischung von Sekundärluft, also Sauerstoffzugabe, mit der Zielsetzung einer optimalen Verbrennung und eines optimalen Wirkungsgrades. Damit einher geht eine unmittelbar wirkende Gebläsestromersparnis und eine Wirkungsgradverbesserung aufgrund geringerer Rauchgasverluste. Dies kann bisher nicht mit den Systemen des Standes der Technik zusammen mit Messungen zur FLR auf eine solch einfache Weise ermittelt werden. In this way, the postreactions of the flame gases and / or the heat dissipation in different height coordinates of the combustion chamber can be determined. A determination of the postreactions carried out in this way allows the need-based admixture of secondary air, ie oxygen addition, with the aim of optimal combustion and optimal efficiency. This is accompanied by an immediate blower power savings and an improvement in efficiency due to lower flue gas losses. This can not be determined so far with the systems of the prior art together with measurements to the FLR in such a simple manner.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung und des Verfahrens ist, dass der dünne Bereich der K-Platte über dem Sensor schnell seine Temperatur ändern kann. Dadurch ist es möglich, nicht nur Absoluttemperaturen schnell zu erfassen, sondern auch Temperaturänderungen zeitnah zu messen.Another advantage of the apparatus and method is that the thin area of the K-plate above the sensor can quickly change its temperature. This makes it possible not only to quickly detect absolute temperatures, but also to measure temperature changes in a timely manner.
Es ist möglich, für einige Berechnungen für die FLR in erster Näherung nicht oder nicht nur die absolute Höhe der Wärmestrahlung und damit des Brennstoffumsatzes zu verwenden. Die FLR kann auch alleine oder unterstützend durch die Veränderung der gemessenen Temperatur über die Zeit, also eine Temperaturänderung bestimmt werden. Somit ist die Vorrichtung auch für solche Berechnungen für die FLR geeignet. Im Grunde kann mittels der Erfindung die aufgeprägte Wärmeleistung, die abgeführte Wärmeleistung, die Beschleunigung der Wärmeleistung über der Zeit, und die absolute Oberflächentemperatur auf einfache Weise ermittelt werden.It is possible to use for some calculations for the FLR in a first approximation not or only the absolute amount of heat radiation and thus the fuel turnover. The FLR can also be determined alone or supportively by changing the measured temperature over time, ie a temperature change. Thus, the device is also suitable for such calculations for the FLR. Basically, by means of the invention, the impressed heat output, the dissipated heat output, the acceleration of the heat output over time, and the absolute surface temperature can be determined in a simple manner.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befinden sich mindestens zwei Temperatursensoren in einer K-Platte oder es werden mindestens zwei K-Platten verwendet, in denen mindestens ein Sensor relativ zu einem anderen Sensor der anderen K-Platte in einem größeren Abstand zur Oberfläche angeordnet ist. Zumindest sind zwei Temperatursensoren dermaßen angeordnet, dass der Bereich über den Sensoren unterschiedlich dick ist.In a further preferred embodiment, at least two temperature sensors are located in a K-plate or at least two K-plates are used in which at least one sensor is arranged at a greater distance from the surface relative to another sensor of the other K-plate. At least two temperature sensors are arranged so that the area above the sensors is different in thickness.
Auf diese Weise kann die zeitliche Verzögerung der gemessenen Informationen relativ zu der wirklich eingebrachten Wärmeleistung auf die Oberfläche der K-Platten oder zumindest des Materials der Feuerraumumfassung ermittelt werden. In einer weiteren bevorzugten Variation der vorangehenden Ausführungsform ist zumindest einer der Temperatursensoren bezüglich der Plattentiefe näher zu einem Verdampfer der übermachten Brennkammer angeordnet. Auf diese Weise kann zusätzlich der Wärmestrom zum Verdampfer mit einfachen thermodynamischen Berechnungen bestimmt werden. Auf diese weise ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Bestimmung der Wärmestrommessung zu verwenden.In this way, the time delay of the measured information can be determined relative to the actually introduced heat output on the surface of the K-plates or at least the material of the Feuerraumumfassung. In a further preferred variation of the preceding embodiment, at least one of the temperature sensors is arranged closer to an evaporator of the superimposed combustion chamber with respect to the plate depth. In this way, in addition, the heat flow to the evaporator can be determined with simple thermodynamic calculations. In this way, it is possible to use the device according to the invention or the method according to the invention also for determining the heat flow measurement.
Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt in Bezug zu Verbrennungsanlagen ver- bzw. angewendet werden, ist es durchaus möglich, die Erfindung auch in anderen Bereichen einzusetzen, in denen eine Wärmefreisetzung in einem gegenüber der Umgebung isolierten Raum erfolgt. Beispiele für bevorzugte Einsatzmöglichkeiten sind private oder gewerbliche Öfen, Motoren oder Triebwerke, solarthermische Kraftwerke oder Kernkraftwerke. Durch die Anordnung der Temperatursensoren unter einer hitzebeständigen Oberfläche der K-Platte sind diese auch bei extremen Bedingungen im Brennraum oder in dem Raum, in dem die maximale Hitze entsteht, geschützt, zum Beispiel vor chemischen Stoffen, mechanischer Beanspruchung oder vor Strahlung.Although the apparatus and method according to the invention are preferably used in relation to incinerators, it is quite possible to use the invention in other areas in which heat is released in a space isolated from the environment. Examples of preferred applications are private or commercial ovens, engines or engines, solar thermal power plants or nuclear power plants. The arrangement of the temperature sensors under a heat-resistant surface of the K-plate, they are protected even under extreme conditions in the combustion chamber or in the room where the maximum heat arises, for example, against chemical substances, mechanical stress or radiation.
Beispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße verfahren sind in den Abbildungen dargestellt.Examples of the device according to the invention and the method according to the invention are shown in the figures.
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Vorzugsweise besitzt dieser Bereich über dem Sensor auch eine geringe spezifische Wärmekapazität, was eine schnelle Messung von Temperaturänderungen begünstigt.Preferably, this area above the sensor also has a low specific heat capacity, which favors a rapid measurement of temperature changes.
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