Mess- und Regeltechnik
Überblick

Das Ergebnis sind physikalische und geometrische Kenngrößen, wie zum Beispiel Temperaturverteilungen, die Verteilung chemischer Substanzen und die Turbulenzbildung.

Aus den Verteilungen können Werte abgeleitet werden, die auch als Sollwerte für die Leittechnik genutzt werden können.

Beispiele sind: Position der Zündzone, Schwerpunk der Hauptverbrennungszone und der Luftüberschuss in der Hauptverbrennungszone


Die Verbrennungsanalysekameras erfassen die chemischen und physikalischen Prozesse im Brennraum.

Mit der Bildverarbeitungssoftware werden die Bilder der Verbrennungsanalysekameras weiterverarbeitet.




Die Messtechnik

Dabei werden im speziellen die Temperaturverteilung und die Entstehungsraten von CN und CO ermittelt.
CN ist ein instabiles Radikal, das im Weiteren auch zu NOx weiterreagiert

Darauf aufbauend können geometrische Kenngrößen für die Überwachung und die Optimierung der Verbrennung berechnet werden.

Das Verhältnis der CN- und der CO-Bildungsraten ist eine Größe, die in guter Näherung proportional zum lokalen Luftüberschuss ist


Die Bildsensoren in der Verbrennungs-analysekamera erfassen einen Bereich des Brennraums, der je nach eingesetztem Objektiv auch mehrere brennernahen Hauptverbrennungszonen enthalten kann.

Jeder Bildsensor erfasst dabei gemäß dem patentierten Verfahren einen anderen Teil des Spektrums.
Mit der Bildverarbeitungssoftware werden die von der Verbrennungsanalysekamera kommenden Farbauszüge in chemische und physikalische Verteilungen umgerechnet



Spektrale Eigenschaften

Diesem Untergrund (Plancksche Strahlung) sind einzelne Linien überlagert. Sie stammen von chemischen Verbindungen (Molekülen und Radikalen), die aufgrund von chemischen Reaktionen zum Aussenden einer Strahlung angeregt wurden.

Die Wellenlängen, bei denen derartige Spektrallinien auftreten, sind charakteristisch für bestimmte Substanzen.

Die Spektrallinien werden zur Ermittlung der Konzentration von charakteristischen Verbrennungsprodukten bzw. Zwischenprodukten der Verbrennung herangezogen.


Strahlungsverteilung eines Punktes der Flamme im für das Auge blau erscheinen-den Bereich:
* Temperaturstrahlung (Untergrund) und
* Chemilumineszenz durch chemische Prozesse

Die bei der Verbrennung vorhandenen Staub- und Rußpartikel emittieren aufgrund ihrer hohen Temperatur eine Wärmestrahlung, die sogenannte Planck-Strahlung.

Sie wirkt sich in dem für die Messungen verwendeten sichtbaren Spektralbereich als ein langsam mit zunehmender Wellenlänge ansteigender Untergrund aus.





Die Temperaturmessung

Bei der Zwei-Wellenlängenmessung wird aus dem Verhältnis der relativen Intensitäten nach der Formel unten berechnet. Da nur das Verhältniss der Intensitäten verwendet wird, ist die Messung unabhängig von Absorptionen und Verschmutzung der Objektive.


Durch Messung der Intensität in Bereichen, in denen keine Chemilumineszenzen vorhanden sind, ist die Temperatur der Flammen bestimmbar.




Weitere Messgrößen

Die Intensitäten des CN, das in Folgereaktionen auch zu NOx weiterreagiert, und das CO bilden für die Bewertung des Verbrennungsprozesses eine Schlüsselrolle.

Das Verhältnis beider Intensitäten – im Folgenden als CN/CO-Verhältnis bezeichnet – ist ein Maß für das lokale Verhältnis von Luft zu Brennstoff, das von der umgesetzten Brennstoffmenge, von Absorptionen im Brennraum und von Verschmutzungen der Objektive unabhängig ist.
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Bereits bei der Verwendung von ausschließlich aus Teilbereichen gemittelten Messinformationen ist die Verbrennungsanalysekamera ein geeignetes Instrument zur Charakterisierung der Verbrennungssituation.

Vom System werden die Verteilungen von CN-, CO- Bildung und die Temperaturverteilung direkt bestimmt.

Andere physikalische Kenngrößen sind: Das Zündverhalten, die Turbulenzbildung, Position der Hauptverbrennungszone, u. a.




Beispielmessung

Die nach 13.20 Uhr und nach 17.20 Uhr erhöhten CO- und NOx-Werte wurden durch zusätzlich zur Kohle gefeuertes Koksgas verursacht.

Die zwischen 7.00 Uhr und 11.00 Uhr gehäuft auftretenden Peaks sowie die leichten Temperaturerhöhungen und die starken CO- und NOX-Bildungen sind auf den Auswurf von in der Kohlenmühle gespeicherter Kohle zurückzuführen.


Im Bild unten ist eine Messung aufgezeigt:
* Flammenschwerpunkt Y (türkis)
* Flammenschwerpunkt X (gelb)
* mittlere Flammtemperatur (rot)
* Stickoxid-Bildung (grün)
* Kohlenmonoxid-Bildung (blau)