Juli 2016

Bild: orxy – Fotolia

| von Arthur Groenbos, Yokogawa Europe; Werner Worringen, Yokogawa Deutschland
  • Die Überwachung von CO-, CH4- und O2-Konzentrationen in Feuerungsanlagen ist nicht nur eine Frage der Brennereffizienz, sondern vor allem auch der Sicherheit.
  • Durchstimmbare Laserdioden-Spektrometer haben sich hier bewährt: Sie messen berührungslos über den gesamten Querschnitt der Strahlungszone und zeigen wenig
  • Querempfindlichkeiten.Eine große europäische Raffinerie setzt das System ein, um Risiken bei An- und Abfahrvorgängen zu verringern und den Wirkungsgrad zu optimieren.

TDLS-System sichert An- und Abfahrvorgänge
Die kritischsten Phasen beim Betrieb von Feuerungsanlagen sind das Anfahren und das Herunterfahren. In einer großen europäischen Raffinerie wurden zwei TDLS-Analysatoren zur Messung der O2-, CO- und CH4-Konzentrationen im Strahlungsteil der Feuerungsanlage installiert. Ein spezieller Regler verarbeitet diese Messungen und überträgt die Messwerte an ein bestehendes DCS zur Überwachung und Regelung der Feuerung. Die spezielle Regelungshardware ist für den Empfang zusätzlicher Signale von der Feuerungsanlage ausgestattet, die in einer weiteren Projektphase zur Regelung des Luftstroms in den Brennern dienen sollen. Die Möglichkeit einer Sicherheitsabschaltung ist ebenfalls vorgesehen.
Das System wird unter Störfallbedingungen getestet: Es analysiert Veränderungen in der Gaszusammensetzung und erkennt so unsichere Betriebsbedingungen. Zur Verifikation werden diese Daten mit den Ausgabewerten des bestehenden Rauchgasanalysators korreliert. Die auf diese Weise gesammelten Daten werden später auch in der Sicherheitsabschaltung verwendet. Eine modulare prozesstechnische Automatisierungsfunktion sorgt für sichere Betriebsbedingungen während des Anfahrens und Herunterfahrens.
In Feuerungsanlagen mit Naturzug wird zum Spülen der Anlage keine Luft, sondern Dampf eingesetzt. Wenn dieser nicht trocken ist, sammelt sich Wasser an den Brennern oder Zündeinheiten – die Zündung wird verhindert. Der Anfahrvorgang ist im System deshalb so konzipiert, dass das Kondensat aus der Dampfleitung gespült wird und somit vor der Zündung trockener Dampf zur Spülung der Feuerungsanlage bereitsteht.
Das TDLS-System ist seit Juni 2010 in der Raffinerie im Einsatz. Die TDLS-Analysatoren arbeiten seither zuverlässig und ohne Wartungsbedarf. Die Betreiber konnten den O2-Gehalt um 1 % auf
1,5 % senken und den Wirkungsgrad der Feuerungsanlage somit erhöhen. Die Feuerungsanlage hat bei minimaler Überschussluft ihren optimalen Betriebspunkt erreicht. Die TDLS-Messwerte wurden mit den Messwerten der bestehenden Rauchgasanalysatoren verglichen und bestätigt, wobei der O2-Wert allerdings 1 % bis 1,5 % niedriger ist als bei der Rauchgasanalyse, da die Messungen in der Strahlungszone vorgenommen wurden. Die Betriebsbedingungen lassen sich jetzt effektiver regeln (oder im Notfall abschalten), da das TDLS-System in Abständen von jeweils fünf Sekunden Konzentrationsmessungen in der Strahlungszone vornimmt. Sollte es zu einem Überschuss an CO oder CH4 in der Feuerungsanlage kommen, können diese Gase früher als mit herkömmlichen Rauchgasanalysatoren erkannt, die Feuerung schneller abgeschaltet und unsichere Betriebsbedingungen vermieden werden.

ZUR TECHNNIK
TDLS-Analysatoren
TDLS-Systeme (Tunable Diode Laser Spectroscopy) messen die durchschnittliche Gaskonzentration über die gesamte Strahlungszone der Feuerungsanlage hinweg in  Zyklen <5 s. Damit kann betriebskritischen Bedingungen durch die simultane Regelung der Brennstoff- und der Luftzufuhr entgegengewirkt werden. TDLS-Systeme messen sowohl die CO-, CH4- und O2-Konzentration als auch die Temperatur. Die Analysatoren arbeiten berührungslos und sind sehr genau und zuverlässig. Eine Kalibrierung ist selten notwendig, und die Geräte sind voll diagnosefähig. Die Messsignale der TDLS bleiben, anders als bei sensorbasierten Systemen, von der Anwesenheit anderer Gase im Rauchgas unberührt.

VERBRENNUNGSMANAGEMENT
Nachrüstbare Lösung
Das Verbrennungsmanagementsystem mit einem integrierten, in sich geschlossenen System lässt sich schnell und unkompliziert in jeder Feuerungsanlage installieren. Es besteht aus vier Hauptkomponenten:
• TDL-Spektrometer für Gaskonzentrationsmessungen in kurzen Abständen
• System zur Regelung der Brennstoff- und Luftwerte und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf einem Modell der Feuerungsanlage mit übergeordneter CO-Regelung
• OSHA-konformes Sicherheitssystem zur Vermeidung von unsicheren Betriebsbedingungen
• Sensorik und Aktuatorik für zusätzliche Messungen und Luftstromregelung nach Bedarf
Typischerweise werden zwei TDLS-Systeme in der Strahlungszone der Feuerungsanlage installiert. Bei Minimalauslegung misst eine Einheit den O2-Gehalt und die andere den CO- und den CH4-Gehalt. Da Feuerungsanlagen über ganz unterschiedliche Konfigurationen, Kapazitäten, Umgebungs- und Prozessbedingungen verfügen, werden anwendungsspezifische Flansche zur Befestigung und Ausrichtung des Lasers innerhalb der Strahlungszone mitgeliefert. Der Regler dient zur simultanen Regelung des Brennstoffvolumens und des Luftvolumens. Die Regelung basiert auf Probenmessungen der durchschnittlichen Gaskonzentrationen innerhalb der Strahlungszone in Abständen von jeweils fünf Sekunden. Das Verbrennungsmanagementsystem arbeitet eigenständig – der Aufwand für die Integration in bestehende Regelungssysteme ist gering. 1607ct910

Zu den Websites des Herstellers

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