Correlating Bacharach Opacity in Fuel Oil Exhaust. Prediction of the Operating Parameters That Reduce It
Corrélation de l'opacité Bacharach des gaz d'échappement. Prédiction des paramètres opérateurs qui la réduisent
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Unitat de Química Analítica, Departament de Química, Universitat Autònoma de Barcelona, E-08193 Bellaterra - Spain
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Asfaltos Españoles SA, Refinería de Tarragona, PO Box 175, E- 43080 Tarragona - Spain
Corresponding author: j. coello@blues. uab. es
A study was conducted with a view to determining the steps to be taken in order to control the Bacharach opacity of smoke released by different types of engines powered by fuel oil through the same chimney. A statistical model was constructed to relate Bacharach opacity to the operational parameters of the burning equipment on the basis of information recorded during its routine functioning over a period of about one year, with no laboratory experiments nor intentional alteration of such parameters. Different chemometric tools were applied to the data recorded over a period long enough to ensure a good model. Owing to the high complexity of the data handled (equipment parameters, fuel oil properties, operating conditions, etc. ), the model was constructed by using different tools that were tested in order of increasing complexity. Thus, a Principal Component Analysis (PCA) was initially conducted on the variables defining the different types of fuel oil used in order to suppress their high correlation. The scores obtained from this analysis were used as the fuel data in the subsequent steps. Owing to the high complexity of the parameters involved, linear regression methods were not functional, so the non-linear regression method Alternating Conditional Expectations (ACE) had to be used instead to determine the influence of these parameters on Bacharach opacity. After the model was constructed, the parameters that govern opacity were determined and the model was experimentally validated by exploring the variables that can be modified at plant level (viz. the combination of Conradson coke and asphaltenes in the fuel, the oil viscosity at burner and the proportion of oxygen in the furnace). Changes in these variables were found to alter the properties of the stack; also, the predictions of the ACE model were confirmed. Consequently, the proposed methodology allows the effective control of smoke released by the equipment.
Résumé
Cette étude vise à déterminer les progrès à effectuer dans le contrôle de l'opacité Bacharach de la fumée dégagée par différents types d'équipements à fuel à travers une même cheminée. Afin de relier l'opacité Bacharach et les paramètres opérationnels de l'équipement de combustion, on a construit un modèle, sur la base de l'information recueillie lors d'un fonctionnement en routine pendant environ un an, sans expériences de laboratoire, ni altérations intentionnelles des paramètres. Afin d'assurer la validité du modèle, on a appliqué différents outils chimiométriques aux données, recueillies sur une période suffisamment longue. Étant donné la grande complexité des données manipulées (paramètres d'équipement, propriétés du fuel-oil, conditions opérationnelles, etc. ), le modèle a été construit à l'aide de différents outils de complexité croissante. Par conséquent, on a d'abord mené une analyse en composantes principales (PCA, Principal Component Analysis) sur les variables définissant les différents types de fuel-oil utilisés, afin de supprimer leur corrélation élevée. Les résultats de cette analyse ont été utilisés comme données dans les étapes suivantes. À cause de la complexité élevée des paramètres impliqués, les méthodes de régression linéaire n'ont pas fonctionné, de sorte que, pour déterminer l'influence de ces paramètres sur l'opacité Bacharach, on a dû utiliser la méthode de régression non linéaire ACE (Alternating Conditional Expectations). Une fois le modèle construit, on a déterminé les paramètres gouvernant l'opacité, et le modèle a été validé expérimentalement par l'exploration des variables modifiables in situ (combinaison du coke Conradson et des asphaltènes dans le fuel-oil, viscosité de l'huile dans le brûleur et proportion d'oxygène dans le four). On a vérifié que les propriétés de l'échappement de la cheminée variaient avec ces paramètres; les prédictions du modèle ACE ont également été confirmées. La méthodologie proposée permet donc un contrôle effectif de la fumée dégagée par l'équipement.
© IFP, 2000