Toppmoderna gasmätningar och diagnostik i ugnar

På RISE utvecklar och implementerar vi toppmoderna mät- och diagnostiska tekniker med avstämbara diodlasrar för att övervaka och förbättra prestandan i termokemiska omvandlingsprocesser. Teknikerna möjliggör noggranna mätningar i realtid av svårkvantifierade enheter i varma och slutna miljöer.

Få djupare insikt i förbränning, förgasning och andra termokemiska processer.

Avancerade optiska mättekniker, särskilt TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) har utvecklats och mognat under de senaste åren och kan erbjuda nya och spännande alternativ för övervakning av industriella processer. Tekniken bygger på det faktum att kemiska ämnen av intresse absorberar infrarött ljus vid vissa kända frekvenser, medan de inte absorberar något ljus vid "av"-frekvenser, ett enkelt koncept som möjliggör robusta mätningar i svåra miljöer. Uppehållstiden för TDLAS-mätningar bestäms av skanningshastigheten för våglängden runt den kemiska ämnens spektroskopiska egenskap (på och utanför topparna). Vanligtvis arbetar vi med 1-10 ms skanningsintervaller. Utrustning för TDLAS är billig jämfört med konkurrerande tekniker som FTIR.

RISE i framkant

RISE fokuserar både på att utveckla TDLAS-tekniken för nya användningsområden och på att implementera TDLAS-teknologier inom industrin. Nuvarande forskning fokuserar på att använda TDLAS för att justera bränsleflöden i realtid för att uppnå bättre förbränningseffektivitet. Implementeringar inom industrin är inriktade på mätningar av temperatur, sot, NO, CO₂, H₂O, CO, C₂H₂, CH₄ samt biomassaflöde och fukthalt.

Referenser och forskningsämnen

Så kan RISE hjälpa till

Våra expertforskare och ingenjörer är entusiastiska över denna teknik och är tillgängliga för att hjälpa till med en framgångsrik implementering eller forskningsinitiativ.

TDLAS-implementeringar erbjuder en extremt robust metod för att fånga data i svåra miljöer, med hjälp av icke-invasiva ljusstrålar för mätningarna. Svåra miljöer som sotiga eller förgasade gasströmmar är inget problem för TDLAS-tekniker, eftersom baslinjemätningen tar hänsyn till den extra absorptionen. Dessutom innebär användningen av lasrar som sänder ut exakta frekvenser att kalibrering aldrig krävs och att resultaten är repeterbara.

Normalt behövs två optiska portar (synglas) på motsatta sidor av ugnen eller reaktorkärlet för att avge och detektera laserstrålen.

RISE kan leverera lasermätutrustning samt mjukvara för signaltolkning. Vi erbjuder den expertis som behövs för implementering, support och utveckling.

Metodik och jämförelse

I TDLAS (se figur 1) avstäms våglängden för en smalbandslaser över en specifik absorptionsegenskap hos målämnet. Absorptionen av laserintensiteten mäts med en fotodetektor och relateras till egenskaper hos målämnet (t.ex. koncentration, temperatur (T), tryck (P)) med hjälp av spektroskopiska egenskaper som finns tillgängliga från databaser och Beer-Lambert-lagen. Om de spektroskopiska egenskaperna och gasegenskaperna (P, T) är kända kan koncentrationen utvärderas utifrån den uppmätta absorptionen. För temperaturmätningarna är lasern inställd över två eller flera linjer av ett ämne, linjernas (integrerade eller topp) absorbansförhållande ger temperaturen. Det är viktigt att notera att det är möjligt att exakt detektera processens parametrar (ämnekoncentration och T) även vid hög nivå av laserljussläckning på grund av partiklar, t.ex. damm, sot, kol och aska. Den bredbandsreduktionen av laserintensiteten kan användas för att utvärdera partikelkoncentrationer. Lasrarna kan enkelt kopplas till optiska fibrer, vilket utgör en betydande fördel för praktiska tillämpningar eftersom instrumentet kan placeras i ett kontrollrum (eller andra säkra platser) och ljuset överförs till pannan i fibern. De uppmätta data är en integration (eller medelvärde) över hela absorptionsvägen och ger därför information om processens övergripande tillstånd och effektivitet.

För närvarande utförs övervakning och styrning av biobaserade energiproduktionsprocesser med hjälp av återkopplingssignaler från konventionella temperaturmätningar, flödeshastigheter och rökgasanalys. De största nackdelarna med dessa metoder är deras dåliga tidsupplösning, långsamma svarstid, invasivitet, med mera. På grund av dessa nackdelar är konventionella metoder olämpliga för exakt och snabb detektering av förändringar i processförhållanden som behövs för responsiv styrning. In-situ-diagnostik är mätningar som utförs direkt i processens reaktionszon, vilket minskar reaktionstiden för återkopplingssignalen. Optiska in-situ-metoder är icke-invasiva och kan användas under längre tid i utmanande miljöer. För närvarande är TDLAS en av de mest lovande och snabbast utvecklande optiska teknikerna för online-diagnostik in situ i termokemiska omvandlingssystem. En jämförelse mellan TDLAS och konventionella metoder baserade på extraktiv provtagning och invasiv sondering ges i tabell 1 (bilaga).