Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung strömt.

Mit flüssigen Brennstoffen betriebene Anlagen werden in der Regel über Leitungen mit den benötigten Brennstoffen ver¬ sorgt. Das gilt insbesondere für Gasturbinen, denen bei¬ spielsweise hochviskoses Schweröl zugeleitet wird.

Der Brennstoff, der zur Verfügung steht, kann Verunreinigun¬ gen enthalten. Beispielsweise können im Brennstoff Natrium-, Kalium- oder auch Blei- und Magnesiumverbindungen vorhanden sein. Damit der Aufwand für mögliche Reinigungen des Brenn¬ stoffes oder für die Bereitstellung von weniger verunreinig- tem Brennstoff gering bleibt, wird die Verunreinigung des Brennstoffes in zeitlichen Abständen bestimmt. Erst dann, wenn eine über einem Maximalwert liegende Verunreinigung festgestellt wird, müssen geeignete Maßnahmen, wie z.B. der Einsatz eines reineren Brennstoffes, ergriffen werden.

Ein geeignetes Meßverfahren zum Erkennen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff ist aus dem veröffentlichten Vor¬ trag "Comparison of Spectrometric Techniques for the Analysis of Liquid Gas Turbine Fuels", vorgetragen bei "International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition", Köln, 1. bis 4. Juni 1992, bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, daß eine spektrometrische Analyse von Gasturbinen-Brennstoffen vorgenommen wird, um Verunreinigungen zu erkennen. Dazu wer¬ den einzelne Brennstoffproben gewonnen, die dann im Labor ausgewertet werden. Ein solches Meßverfahren ist zeitaufwen¬ dig und ermöglicht daher Probennahmen nur in relativ großen

zeitlichen Abständen. Zwischen zwei Probennahmen kann ein An¬ stieg der Verunreinigung nicht erkannt werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung strömt, anzugeben, die fast eine On-Line-Analyse ermöglicht.

Die Aufgabe, eine geeignete Einrichtung anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß von der Brennstoffleitung eine verschließbare Zuleitung ausgeht, die in einen Behälter mit bekanntem Volumen einmündet, daß der Behälter mit einer Heizvorrichtung versehen ist und daß der Behälter durch eine verschließbare Verbindungsleitung mit einem Analysegerät in Verbindung steht.

Mit dieser Einrichtung wird zunächst der Behälter, der ein bekanntes Volumen hat, vollständig mit Brennstoff gefüllt. Danach wird die Zuleitung verschlossen. Durch die Heizvor- richtung wird dabei gewährleistet, daß jede Brennstoffprobe die gleiche Temperatur hat. Bei gleichbleibendem Druck ist dann gewährleistet, daß nicht nur die Probenvolumina, sondern auch die Probenmengen bei jeder Probennahme gleich sind. Erst dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, daß nicht nur die Schadstoffe pro Volumeneinheit, sondern auch pro

Mengeneinheit bestimmt werden können. Es wird außerdem der Vorteil erzielt, daß man das Volumen und die Menge einer Probe des Brennstoffes stets genau kennt. Dieses Volumen bzw. diese Menge werden dann durch Öffnen der Verbindungsleitung vom Behälter zum Analysegerät geleitet, wo in bekannter Weise der Anteil von Verunreinigungen bestimmt wird.

Durch die Erwärmung mit der Heizvorrichtung nimmt die Visko¬ sität des Brennstoffs ab, und seine Fließeigenschaften werden verbessert, so daß der Brennstoff in kurzer Zeit zum Analyse¬ gerät gelangt. Folglich können die Schadstoffe einer Probe

sehr schnell erfaßt werden. Nach sehr kurzer Zeit kann dann bereits eine andere Probe untersucht werden.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung ist vorteilhafterweise eine fast kontinuierliche Erfassung der Schadstoffe im Brenn¬ stoff pro Volumeneinheit und/oder pro Mengeneinheit möglich. Nach erfolgter Analyse kann der Behälter sofort wieder aus der Brennstoffleitung gefüllt werden, und es kann eine neue Probe analysiert werden.

In die Verbindungsleitung zwischen dem Behälter und dem Ana¬ lysegerät kann eine Mischkammer eingebunden sein, die mit ei¬ nem Vorratsbehälter für ein Verdünnungsmittel in Verbindung steht. In dieser Mischkammer wird die Brennstoffprobe mit dem Verdünnungsmittel vermischt. Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Viskosität des Brennstoffs, der ein hochviskoses Schweröl sein kann, weiter herabgesetzt wird. Dadurch kann der Brennstoff leichter fließen und ist in einfacher Weise im Analysegerät zu analysieren.

Beispielsweise geht vom Vorratsbehälter für das Verdünnungs¬ mittel eine verschließbare Verdünnungsmittelleitung aus, die in den Behälter mit bekanntem Volumen einmündet. Dieser Ver¬ dünnungsmittelleitung ist eine Pumpe zugeordnet.

Nachdem der Behälter aus der Brennstoffleitung vollständig mit Brennstoff gefüllt worden ist und nachdem die Zuleitung für den Brennstoff verschlossen worden ist, wird die Verbin¬ dungsleitung vom Behälter zum Analysegerät geöffnet. Außerdem wird die Verdünnungsmittelleitung geöffnet, und die dort an¬ geordnete Pumpe wird in Betrieb genommen. Dadurch wird das Verdünnungsmittel zunächst in den Behälter hinein gepumpt und verläßt zusammen mit der zunächst im Behälter enthaltenen Brennstoffprobe den Behälter über die Verbindungsleitung. Da- durch, daß das Verdünnungsmittel bereits in den Behälter ge¬ langt, wird schon dort die Fließfähigkeit des Brennstoffes weiter verbessert. Die guten Fließeigenschaften des verdünn-

ten Brennstoffes wirken sich in der gesamten Verbindungslei- tung aus. Falls außerdem in die Verbindungsleitung eine Mischkammer eingebunden ist, ergeben sich sehr gute Fließei¬ genschaften, die eine zuverlässige Analyse gewährleisten.

Mit dem Behälter ist beispielsweise ein Abfallbehälter zur Aufnahme von nicht benötigtem Brennstoff verbunden. Damit wird der Vorteil erzielt, daß beim Füllen des Behälters aus der Brennstoffleitung der Behälter solange beschickt werden kann, bis Brennstoff in den Abfallbehälter hinein überläuft. Dadurch ist eine optimale Ausnützung des bekannten Volumens des Behälters gewährleistet. Da bei der späteren Analyse des Brennstoffs das Volumen der Brennstoffprobe möglichst exakt bekannt sein muß, ist ein optimales Füllen des Behälters für das Meßergebnis wesentlich.

Nach der Analyse im Analysegerät kann die nicht mehr benö¬ tigte verdünnte Probe vom Analysegerät abgegeben werden.

Die Aufgabe, ein geeignetes Verfahren anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei erhöhter konstanter Temperatur eine Probe des Brennstoffs, die ein konstantes Vo¬ lumen hat, abgemessen wird und daß diese Probe analysiert wird.

Das Verfahren nach der Erfindung kann vorteilhafterweise schnell durchgeführt werden, weil der Brennstoff aufgrund seiner Erwärmung verbesserte Fließeigenschaften hat. Außerdem können wegen der konstanten Temperatur auch die Schadstoffe pro Mengeneinheit im Brennstoff bestimmt werden.

Mit der Einrichtung und dem Verfahren nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß in sehr kurzen Abständen der Schad¬ stoffgehalt eines in einer Brennstoffleitung strömenden Brennstoffes bestimmt werden kann. Das ist auch möglich, wenn der Brennstoff ein hochviskoses Schweröl, beispielsweise ein Gasturbinenbrennstoff, ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich¬ nung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt dazu eine Einrichtung zum Bestimmen von Schadstoffen in einem flüssigen Brennstoff nach der Erfin¬ dung.

In einer Brennstoffleitung 1, die die Versorgungsleitung ei¬ ner Gasturbine sein kann, fließt ein Brennstoff, beispiels- weise ein hochviskoses Schweröl. Der Druck in der Brennstoff¬ leitung 1 kann 30 bar (3.10 ⁶ Pa) betragen und die Temperatur des Brennstoffes kann 130 °C sein. Um On-Line den Schadstoff- gehalt des Brennstoffes in der Brennstoffleitung 1 bestimmen zu können, geht von der Brennstoffleitung 1 eine verschließ- bare Zuleitung 2 aus, die in einen Behälter 3 mit bekanntem Volumen einmündet. Dieser Behälter 3 steht über eine ver¬ schließbare Verbindungsleitung 4 mit einem Analysegerät 5 in Verbindung. In dem Analysegerät 5 wird eine spektrometrische Analyse des Brennstoffes durchgeführt.

Zum Bestimmen von Schadstoffen im Brennstoff wird zuerst die Verbindungsleitung 4 durch eine Armatur 4a geschlossen, und die Zuleitung 2 wird durch die Armatur 2a geöffnet. Dadurch fließt Brennstoff aus der Brennstoffleitung 1 durch die Zu- leitung 2 und füllt den Behälter 3. Danach wird die Armatur 2a geschlossen, und die Armatur 4a wird geöffnet. Dann gelangt das bekannte Volumen des Brennstoffes, das sich im Behälter 3 befindet, von dort in das Analysegerät 5. Dort wird der Schadstoffgehalt bestimmt. Da das Volumen des Behälters 3 genau bekannt ist, kann die

Schadstoffkonzentration in einer Volumeneinheit des Brennstoffes bestimmt werden. Dieser Wert gibt einen Hinweis darauf, ob der in der Brennstoffleitung 1 fließende Brennstoff für seinen Bestimmungszweck weiter geeignet ist, oder ob ein anderer Brennstoff eingesetzt werden muß.

Damit die im Behälter 3 abgemessene Probe des Brennstoffes besser fließfähig ist, wird ein Verdünnungsmittel dem Brenn¬ stoff beigemischt. Dieses Verdünnungsmittel ist in einem Vor¬ ratsbehälter 6 gespeichert. Dieser Vorratsbehälter 6 steht über eine verschließbare Verdünnungsmittelleitung 7, die eine Pumpe 8 enthält, mit dem Behälter 3 in Verbindung. Während der Behälter 3 mit einer Brennstoffprobe gefüllt wird, ist die Armatur 2a geöffnet, und die Armatur 4a sowie eine Arma¬ tur 7a in der Verdünnungsmittelleitung 7 sind geschlossen. Nachdem der Behälter 3 gefüllt ist, wird die Armatur 2a ge¬ schlossen, und die Armaturen 4a und 7a werden geöffnet. Außerdem wird die Pumpe 8 in Betrieb genommen. Dadurch ge¬ langt Verdünnungsmittel aus dem Vorratsbehälter 6 in den Be¬ hälter 3, und der Brennstoff im Behälter 3 gelangt, indem er sich mit dem Verdünnungsmittel vermischt, über die Verbin¬ dungsleitung 4 zum Analysegerät 5.

In die Verbindungsleitung 4 kann eine Mischkammer 9 eingebun¬ den sein. Dort wird eine gute Vermischung des Brennstoffes mit dem Verdünnungsmittel erzielt. Das Verdünnungsmittel kann auch, was nicht dargestellt ist, direkt in die Mischkammer 9 eingespeist werden. Zum Transport des Brennstoffvolumens durch die Verbindungsleitung 4 kann dort eine Pumpe vorhanden sein.

Der Behälter 3 ist mit einer Heizvorrichtung 10 ausgestattet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Temperatur des Behälters 3 und damit des Brennstoffvolumens im Behälter 3 bei jeder Pro- bennahme gleich ist. Folglich erhält man in einfacher Weise nicht nur gleiche Probenvolumina, sondern auch gleiche Pro¬ benmengen, sofern auch der Druck im Behälter 3 gleich bleibt. Das kann dadurch gewährleistet sein, daß der Behälter 3 zur Umgebung offen ist, so daß im Behälter 3 der Umgebungsdruck (äußerer Luftdruck) herrscht. Außerdem wird durch die Beheizung des Behälters 3 die Fließeigenschaft des Brennstof¬ fes im Behälter 3 verbessert.

Zusätzlich kann der Behälter 3 in einem wärmeisolierten Ge¬ häuse 11 angeordnet sein.

Damit ein möglichst vollständiges Füllen des Behälters 3 mit Brennstoff möglich ist, geht vom Behälter 3 eine Oberlauflei¬ tung 12 aus, die in einen Abfallbehälter 13 mündet. Falls durch die Zuleitung 2 zuviel Brennstoff zum Behälter 3 ge¬ langt, fließt der überschüssige Brennstoff in den Abfallbe¬ hälter 13 hinein ab.

Das als solches bekannte Analysegerät 5 kann über eine Mehr¬ wegarmatur 14 mit der Verbindungsleitung 4 und zu Vergleichs¬ messungen mit Vorratsbehältern 15, 16 für Standardsubstanzen und auch mit dem Vorratsbehälter 6 für das Verdünnungsmittel verbunden sein.

Zur Ableitung der untersuchten Probe weist das Analysegerät 5 eine Ableitung 17 auf.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung können in kurzen Ab¬ ständen Brennstoffproben aus der Brennstoffleitung 1 analy¬ siert werden.