Infra-Red Furnace Cleaning Control (IR-FCC)

Lokalisierung von Brennkammer-Verschmutzungen und Bläsersteuerung

Die rauchgasseitige Ansatzbildung kann nachhaltige Beeinträchtigungen von Verfügbarkeit und Wirkungsgrad kohlenstaubgefeuerter Dampferzeuger verursachen. Deren Beherrschung durch ein weitgehend optimales Zusammenspiel von Brennstoffqualität, Feuerungskonstruktion und –betrieb sowie Heizflächen-Reinigungseinrichtungen ist eine wesentliche Voraussetzung für den wirtschaftlichen Anlagenbetrieb. Für die Reinigung der Verdampferheizflächen kommen zunehmend Wasserlanzenbläser zum Einsatz. Aufgrund der thermischen Belastung der Heizflächen durch den Wasserstrahl ist eine unnötig häufige Reinigung zu vermeiden. Andererseits ist der Aufbau massiver Verschlackungen zu verhindern, was ein System zur Lokalisierung von Verschmutzungen und zur bedarfsabhängigen Steuerung der Reinigungseinrichtungen erfordert. Optische Systeme basierend auf Videotechnik scheiterten an der starken Trübung der Brennkammeratmosphäre durch Flammen, Brennstoffpartikel und Asche.

Das von uns entwickelte System IR-FCC dient zur Lokalisierung von Verschmutzungen an Brennkammerwänden und ersten Schottheizflächen zum gezielten bedarfsgesteuerten Einsatz der Reinigungseinrichtungen.

 

Messprinzip

Die Oberflächentemperatur verschmutzter Heizflächenbereiche ist aufgrund der isolierenden Wirkung der Verschmutzungsschicht höher als die sauberer Bereiche. Isolationswirkung und Oberflächentemperatur nehmen mit der Mächtigkeit der Verschmutzungen zu, so dass diese auf IR-Wärmebildern lokalisiert und in ihrer Mächtigkeit qualitativ bewertet werden können.

Bei einer Wellenlänge von 3,9 µm weist die Feuerraum-Atmosphäre eine Transparenz auf, die deutlich höher ist als im sichtbaren Spektralbereich, da die Wellenlänge der Strahlung im Vergleich zum Durchmesser der die Trübung verursachenden Partikel größer ist und keine Absorptionsbanden (H2O, CO2, CO) vorliegen.

Mit der bei 3,9 µm schmalbandig gefilterten IR-Feuerraumkamera PYROINC werden Wärmebilder der Brennkammerwände aufgenommen. Verschmutzungen sind als Bereiche erhöhter Oberflächentemperatur eindeutig erkennbar.  Aus der Höhe der Oberflächentemperatur lässt sich qualitativ auf die Mächtigkeit der Verschmutzungen schließen. Das einfache Erkennungsmerkmal „erhöhte Oberflächentemperatur“ ermöglicht die Lokalisierung von Verschmutzungen auch bei verminderter Bildqualität infolge Trübung der Feuerraumatmosphäre durch Asche- und Russpartikel.

 

Realisierung

Die IR-Feuerraumkamera PYROINC ist mit einer wassergekühlten und luftgespülten Feuerraumoptik ausgestattet (60°-Schrägausblick, 74°x37° Gesichts-feld, wahlweise andere erhältlich). Schrägausblick und großes Gesichtsfeld ermöglichen, bei annähernd quadratischem Brennkammergrundriss die seitlich liegenden Brennkammerwände durch Drehung der Kamera um ihre Achse abschnittsweise aufzunehmen. Die Überwachung der gesamten Brennkammer erfordert den Einsatz von zwei Kameras. In großen Brennkammern kann abhängig von der Transparenz der Feuerraumatmosphäre der Einsatz mehrerer Kameraebenen erforderlich sein.

Die Installation der Kameras erfolgt mit automatischer Verfahr- und Notrückzugsvorrichtung in Verbindung mit einer automatischen Drehvorrichtung, die eine winkelgenaue Kameradrehung ermöglicht.

Bilderfassung, Bilddatenverarbeitung und die Schnittstelle zur Steuerung der Heizflächenreinigung  werden auf einem PC im Leitstand realisiert. In der Bilddatenverarbeitung erfolgt zuerst eine Verbesserung der Transparenz der Feuerraumatmosphäre durch Sequenzanalyse. Die eindeutige Lokalisierung und Bewertung der Mächtigkeit von Verschmutzungen erfordert die Eliminierung des verbleibenden Strahlungseinflusses der Feuerraumatmosphäre.

Die so bearbeiteten Aufnahmen werden geometrisch entzerrt und koordinatengenau auf die Kesselabwicklung projiziert (Bild 4). Die koordinatengenaue Darstellung des Verschmutzungsbildes bildet die Grundlage für die Steuerung der Reinigungseinrichtungen.