forbræningsteknik Risø DTU Tlf +45

Transkript

1 Termografi anvendt indenfor forbræningsteknik Risø DTU Tlf +45

2 INFRARØD TEMPERATUR NMI, Danish reference temperature laboratory Accredited measurements: temperature, emissivity (ISO 17025) range -196ºC 2500ºC (-80ºC 1600ºC) Rockwool, DONG Energy, Haldor Topsoe, Six Elements, TI, Force, Præcisions Teknik, Lundbeck, Radiometer, NOVO, Danfoss, MAN Diesel, Unimedical, Trevira N., Vattenfall, Calibration Consultancy Assistance

3 Farve og temperatur Temperatur ( C) Farve rødviolet mørk karminrød karminrød orange/karminrød mørk orange orange gul/orange gul hvid/gul Øjet ser først ved temperaturer over ca. 650 C GAS EKSPLOSION VIS IR

4 Optisk måling - Kort måletid - Berøringsløs - Multi-måling - - Optisk adgang - Kraftig absorption - Kompleks udstyr - Holder vindue rent -

5 OPTISKE MÅLINGER Forskning og udvikling af optiske målemetoder med det formål at optimere eksisterende og nye forbrændings- processer, R&D nye energiteknologier, mv: - KRAFTVÆRKER - MOTORER - STÅL, PROCESINDUSTRI - R&D NYE ENERGIKILDER -MILJØ - ANDET Kerne: TEMPERATUR

6 AKTIVITETER på RISØ Forskning: anvendt spektroskopi, målemetoder,.. Energiprojekter: EU, PSO, firma, Kalibrering af alt IR-udstyr og temperaturfølere Måling optiske egenskaber gas/overflader (ε, τ) ) Løsning af kunde problemer Rådgivning vedr. Termisk stråling, temperatur, Transportabelt optisk måleudstyr RISØ er Nationalt Reference Laboratorium for berøringsløs temperaturmåling

7 Hvad kan måles optisk? TEMPERATUR, VARMEFLUKS, GASSAMMENSÆTNING PARTIKELSTØRRELSE, MÆNGDE, HASTIGHEDER BILLEDER, VISUALISERING, TILSLAGNING, UTÆTHEDER KEDEL,

8 Termografering flamme

9 EGENSKABER af LYS t+r+a+s= % 4 % 4 % 92 %.

10 ABSORPTION

11 Absorption vand

12 IR absorption røggas

13 EMISSIVITET Kirchhoff s lov: EMISSIVITET = ABSORPTION UDSTRÅLET ENERGI ABSORBERET ENERGI Udstrålede energi fra en overflade eller gas er lig med den energi der absorberes ε, EMISSIVITET er et tal mellem 0 og 1

14 Udstrålet effekt fra overflade 1200 Total ud dstrålet effekt [W W/m 2 ] Overflade temperatur [K] Total udstråle et effekt [kw/m 2 ] Overflade temperatur [K]

15 Blackbody-kurver TEORI o C 200 o C Udst tråling W/m 2 μm Bølgelængde μm

16 Blackbody-kurverkurver MÅLT 10 μm 4 μm 2.5 μm 2 μm

17 CCD versus IR-kamera Video/CCD: IR ser gennem sod/flammer IR:

18 Sigtbarhed partikler SYNLIG / VIDEO INFRARØDT

19 Dårlig sigtbarhed IR-VIS Endoskop Video/CCD IR-kamera 3.9 μm

20 Måling på ristelag -Rist ved kedelvæg -Indfødning d -Halmbunker opbygges -Halm isolerer -Sigtbarhed / halmstrå / CO -Risteryst IR-kamera installeret på IR kamera installeret på halmkedel AVV

21 Rist Haderslev KV

22 Vægtemperatur t Hurtigt og let at termografere kedelvægge på AVV halmkedel pga. måleport i siden af kedel ved slaggefald. (3.9 μm filter).

23 Emissivitet stål Oxideret Emissio onstal Bearbejdet (slebet fint) Materiale: stål (MA253) ved 500 o C Bølgelængde.

24 VALGAFBØLGELÆNGDE AF Overfladetemperatur 8-14 μm: Faste overflader, lave temperatur 3-5 μm: μ Faste overflader, lav temperatur 4.3 μm: CO μm: Måling gennem varm røggas 3.3 μm: Detektion gas (CxHy) μm: Højtemperatur Jo lavere temperatur t jo mindre absolut målefejl Kortere bølgelængde lavere fejl (ingen refleksion) Overflader med høj emissivitet lav fejl

25 .. Hot Gas Cell Test af nye gasmåleudstyr (laser, mv) Kalibreringsdata (udvikle målemetoder) Opbygge database (høj opløsning) Bred anvendelse: kraftværk, miljø, fly, kemi, 0.08 Measured Calculated 1% CO, l=50 cm,1073 K, 1 atm 0.4 Measured Calculated 10% H 2 O, l=50 cm,1073 K, 1 atm bsorbance Ab 0.04 Absorbance A Wavenumbers cm Wavenumbers cm -1 CO målt/beregnet H 2 O målt/beregnet

26 . IR SPEKTROSKOPI, Kraftværk Kedelvæg (i) (ii) L FTIR PC Blackbody Interferogram / Wavenumber (cm-1) File # 1 : ADD_MEAN_EMIS Overlay Y-Zoom CURSOR :46 Res=2 cm-1

27 New diagnostic tools: Fast IR imaging In situ fast IR absorption/emission spectroscopy ACTON spectrometer + CEDIP Camera (InSb 640x512 array) It allows to accomplish measurements within a few microseconds» This gives an opportunity to trace the development of a combustion process in time providing useful information for better understanding of combustion phenomena Transmitted IR-spectrum Expose time: 2 ms CO CO 2 up to 7 μs 27

28 On line 2D visualisation New diagnostic tools: 2D Tomography Distribution in a section of Temperature Concentration Multicha annel Spectrom meter Optical fibre Te emperatur re or conc centration scale 2D Tomography of e.g. hot gas inside of an exhaust pipe shows distribution of temperature or concentrations in a pipe section 28

29 Måling af gashastighed Laser LDA (bedst afstande under 1.2 m dyrt udstyr) Termiske strukturer Analyse af billeder Udstødning flymotor Støv i luft Halmstrå/partikler

30 Konklusion Termografi har mange anvendelsesmuligheder indenfor forbrændingstekning: obæ g - Overfladetemperatur - Temperatur af brændsel - Gør det muligt at se i fyrrum - Fastfryse / tidsopløse opblanding - Se gasser mv.