Optiset kaasumittaukset energiatekniikan sovelluksissa

Abstract

Polttoprosessien optimointia varten on tiedettävä polttoaineen ominaisuuksia, jotta polttokattilan lämpötilaa ja painetta saadaan säädettyä mahdollisimman optimaalisen palamisen syntymiseksi. Biomassa on kuitenkin haastava polttoaine, sen suuresta poltto-ominaisuuksien vaihtelusta johtuen. Tätä varten on tiedettävä polttokattilassa syntyvän energian ja polttokaasujen määrä, jotta saadaan dataa biomassan poltto-ominaisuuksista, jotta jatkossa pystytään optimoimaan kattilan lämpötilaa ja painetta.

Ongelmana polttokattilassa suoritettaviin mittauksiin ovat polttokattilan haastavat olosuhteet, jolloin perinteiset koetin- ja näytemittaukset antavat epäluotettavaa dataa. Optisilla mittaustavoilla saadaan kuitenkin suoritettua mittaukset huolimatta polttokattilan haastavista olosuhteista. Optiset mittalaitteet perustuvat suurilta osin laservaloon, joten työssä käydään läpi miten laser syntyy ja millaisia ominaisuuksia laserilla on. Erilaisia optisia mittaustapoja, joihin tässä työssä perehdytään, ovat DOAS (differential optical absorption spectroscopy), TDLAS (tunable diode laser absorption spectroscopy), lidar (light detection and ranging), sc-lidar (supercontinuum-lidar) ja DIAL (differential-absorption lidar).

Työssä tehdään kirjallisuuskatsaus polttoprosesseihin ja erilaisiin kaasun mittauskeinoihin, joissa pääosassa ovat optiset mittauslaitteet. Työn kokeellisessa osassa käydään läpi kuinka sc-lidarilla tehdystä mittauksesta, joka antaa intensiteettikuvaajia polttokattilasta, saadaan määritettyä vesihöyryn konsentraatio. Lisäksi määritetään virherajat saadulle vesihöyryn konsentraatiolle ja verrataan tulosta aikaisempiin tuloksiin.